DE102014101982B4

DE102014101982B4 - Verfahren zur Anlandung an Offshore-Anlagen, Vorrichtung zum Transfer und zur Anlandung und Offshore-Anlage

Info

Publication number: DE102014101982B4
Application number: DE102014101982.2A
Authority: DE
Inventors: Florian Steining
Original assignee: Neptun Ship Design GmbH
Current assignee: Neptun Ship Design GmbH
Priority date: 2014-02-17
Filing date: 2014-02-17
Publication date: 2016-01-21
Anticipated expiration: 2034-02-18
Also published as: DE102014101982A1

Abstract

Die Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zur Anlandung an einer Offshore-Anlage, beispielsweise Offshore-Windenergie-Anlage, einer Vorrichtung zum Transfer und zur Anlandung von Personen und Material zu und zwischen Offshore-Anlagen und einer dazu ausgestalteten Offshore-Anlage. Aufgabe der Erfindung ist es, ein innovatives Transfersystem zu schaffen, welches die Zugänglichkeit zu Offshore-Anlagen, insbesondere zu Offshore-Windenergie-Anlagen, verbessert und die Arbeitssicherheit für das Personal steigert. Es soll eine nahezu vollständige Unabhängigkeit von den vorherrschenden Seegangsbedingungen erreicht werden. Weiterhin erfordern die wirtschaftlichen Interessen der Windparkbetreiber ein möglichst preiswertes und effizientes Konzept, das flexibel einsetzbar ist und eine kurze Transferzeit bei möglichst geringem Kapitaleinsatz gewährleistet. Erfindungsgemäß wird unterhalb der Wasseroberfläche zwischen einem unterseeischen Personen-Transportfahrzeug und der Offshore-Anlage eine feste Verbindung hergestellt, indem das Fahrzeug an ein Schienensystem gebunden wird, auf dem es sich anschließend aufwärts bewegt. Das Schienensystem ist an der Offshore-Anlage fest montiert, sodass die Anregung des Seegangs beim Durchtritt durch die Wasseroberfläche keine Wirkung auf die Bewegungen des Fahrzeugs hat.

Description

Die Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zur Anlandung an einer Offshore-Anlage, beispielsweise einer Offshore-Windenergie-Anlage, einer Vorrichtung zum Transfer und zur Anlandung von Personen und Material zu und zwischen Offshore-Anlagen und einer dazu ausgestalteten Offshore-Anlage.
Ein Offshore-Windpark besteht in der Regel aus einer Vielzahl von Windenergieanlagen, welche über eine Fläche von mehreren Quadratkilometern verteilt sind.
Eine Offshore-Windenergie-Anlage besteht typischerweise aus einem Fundament, einem Turm, einer Gondel und einem Rotor mit Rotorblättern (1). Es gibt Windenergie-Anlagen welche über eine Welle und über ein Getriebe einen Generator antreiben und es gibt getriebelose Windenergie-Anlagen.
Die Gondel befindet sich auf einem Turm, der auf einem Fundament steht. Um eine Nennleistung von beispielsweise fünf Megawatt zu erreichen, hat der Rotor beispielsweise einen Durchmesser von 126 m, wobei sich die Nabe in einer Höhe von circa 92 m über dem Meeresspiegel befindet. Um den Kräften dieser mächtigen Rotoren gerecht zu werden und die Standsicherheit der Anlage zu gewährleisten, sind unter den Fundamenten bis zu 50 m lange Verankerungspfähle in den Meeresboden gerammt. Die Wassertiefe im Seegebiet eines beispielhaften Windparks beträgt rund 28 m.
Das Fundament kann als sogenannter Tripod ausgeführt sein. Das zentrale Hauptrohr wird dabei durch eine Dreibeinkonstruktion gestützt, die mit Stahlpfählen im Meeresboden verankert ist. Andere Fundamente bestehen aus einer vierbeinigen Fachwerkskonstruktion, die auch als Jacket bezeichnet wird und an den Eckpunkten ebenfalls mit Stahlpfählen im Meeresboden verankert ist. Darüber hinaus kann das Fundament als Monopile ausgeführt sein. Andere Fundamenttypen werden hier nicht weiter erwähnt, sind aber ähnlich im Meeresboden verankert. Zu den fest installierten Fundamenten kommen weiterhin die schwimmenden Lösungen.
Für den kontinuierlichen und wirtschaftlichen Betrieb eines Offshore-Windparks ist es nicht unbedingt erforderlich, dass sich ständig Personal im Windpark aufhält. Alle wichtigen Systeme können in der Regel von Land aus überwacht und gesteuert werden. Dennoch sind regelmäßige Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten, die von Technikern vor Ort durchgeführt werden müssen, für den sicheren Betrieb unverzichtbar. Das Instandhaltungsteam operiert beispielsweise von einer Offshore-Basis aus, die im Falle des beispielhaften Windparks neben dem Wohnbereich auch noch über ein Ersatzteil- und Betriebsstofflager, Werkstätten sowie ein Helikopterhangar verfügt. Um die Instandhaltung der Windenergieanlagen und somit den reibungslosen Betrieb langfristig zu gewährleisten, ist es erforderlich, dass das Instandhaltungspersonal auch bei sehr rauen Bedingungen auf die Anlagen übergesetzt werden kann, wobei dieses in der Regel aus mehreren Personen besteht.
Es gibt verschiedenen Crew-Transfer-Methoden. Die herkömmlichen Methoden sind bereits seit mehreren Jahren etablierte Systeme, welche nicht speziell für den Einsatz im Offshore-Windpark entwickelt, sondern vielmehr von anderen Offshore-Branchen übernommen und notdürftig für die Bedürfnisse des Windparkbetriebes adaptiert wurden.
Eine Möglichkeit des Transfers besteht darin, einen Helikopter zu nutzen. Zu diesem Zweck befinden sich auf den Gondeln der Offshore-Windenergie-Anlagen Plattformen, auf die die Techniker vom Helikopter aus mit einer Winde abgesetzt werden können. Allerdings ist die Einsatzfähigkeit eines Helikopters durch Wetterfaktoren wie starken Wind und schlechte Sichtbedingungen beschränkt.
Solange die Wetter- und Seegangsbedingungen es erlauben, erfolgt der Transfer des Personals per Schiff. Beim herkömmlichen schiffsbasierten Crew-Transfer kommen Schiffe zum Einsatz, die auch als Tender bezeichnet werden und aufgrund ihrer geringen Größe ein Anlegen am Fundament der Offshore-Windenergie-Anlage ermöglichen, ohne dieses dabei zu beschädigen. Je nach Größe des Windparks und der Entfernung zum Festland verbleibt der Tender dauerhaft vor Ort oder wird vom Festland aus eingesetzt, wobei letzteres vor allem bei kleineren, küstennahen Windparks der Fall ist. Der Transfer von Personal ist allerdings immer dann schwierig, wenn während des Schiffslande-Manövers seeganginduzierte Schiffsbewegungen auftreten.
Für das konventionelle Boot-Anlande-Manöver befindet sich am Fundament der Offshore-Windenergie-Anlage eine Fenderkonstruktion. Diese kann in Abhängigkeit vom verwendeten Fundamenttyp und den geometrischen Eigenschaften des Tenderrumpfes unterschiedlich aufgebaut sein. Die Fender verlaufen in vertikaler Richtung. Das Fendersystem selbst besteht aus zwei äußeren Primärrohren und optional vorhandenen inneren Sekundärrohren. Die Sekundärrohre schützen eine zwischen ihnen angeordnete Leiter, die Bestandteil einer jeden, für das konventionelle Boot-Anlande-Manöver ausgelegten, Fenderkonstruktion ist. Für das Übersteigen des Personals wird der Tender mit dem Bug gegen die Fender manövriert. Die Maschinen bleiben nach der Herstellung des Kontakts eingekuppelt, sodass das Schiff permanent gegen die Fender drückt und nicht extra vertäut werden muss. Der Bug des Tenders ist üblicherweise durch seine spezielle Geometrie und zweckmäßig angeordneten Kunststoff-Fender speziell für dieses Vorgehen präpariert. Auf diese Weise kann es zwischen Schiff und Offshore-Windenergie-Anlage zu erheblichen Reibungskräften kommen, welche die seeganginduzierten Bewegungen des Schiffes dämpfen.
Ist der Kontakt zur Offshore-Windenergie-Anlage hergestellt, begeben sich die Techniker auf das Vordeck, wo sie einen geeigneten Moment abwarten, um vom Bug aus nacheinander auf die zwischen den Sekundärrohren gelegene Leiter überzusteigen. Geeignet heißt in diesem Fall, dass sich der Bug im Moment des Übersteigens auf einem Wellenberg befinden muss, um sicherzustellen, dass er direkt im Anschluss nicht weiter steigt. Wäre dies nicht der Fall, bestünde die Gefahr, dass der Techniker vom Schiff eingeklemmt oder verletzt wird. Diese Gefahr besteht insbesondere auch während des Rücktransfers, bei dem der Techniker von der Leiter aus auf den Tender übersteigt. All dies führt dazu, dass das konventionelle Boot-Anlande-Manöver mit einem gewissen Risiko behaftet ist. Von wenigen Ausnahmen abgesehen, ermöglicht diese Methode aufgrund der Seegangseigenschaften der verwendeten Tender den Crew-Transfer bei signifikanten Wellenhöhen von maximal 1,75 m.
Andere Tender verfügen über eine Kralle am Bug des Schiffes, die mit Hilfe eines hydraulischen Systems angesteuert wird. Über die Kralle wird eine feste Verbindung zwischen Offshore-Windenergie-Anlage und Schiff hergestellt, wodurch ein sicheres Übersetzen von Personal bei signifikanten Wellenhöhen von bis zu 2,5 m ermöglicht wird.
In den Patentveröffentlichungen EP 2 500 256 A1 und EP 2 298 641 B1 wird eine Befestigungsvorrichtung zum Befestigen eines Wasserfahrzeugs an einer Windkraftanlage offenbart. Die Vorrichtung besteht aus einem Rahmen und einem Verbindungsstück mit dessen Hilfe die Befestigungsvorrichtung an einem Wasserfahrzeug angebracht werden kann. Die Befestigungsvorrichtung umfasst zwei Greifmittel zum Greifen von Aufprallschilden der Windkraftanlage. Die Greifmittel sind fest oder drehbar an dem Rahmen angebracht. Auch in der Druckschrift US 2013 / 0 291 777 A1 wird eine Offshore-Anlage offenbart, an deren Fundament sich ein Leitersystem zum Anlanden eines Wasserfahrzeugs und eine Landeplattform befinden. Das Wasserfahrzeug kann mit Hilfe eines Zahnrades zeitweise an dem Leitersystem der Offshore-Anlage anlegen und sich dort festhalten.
Da die Anfahrt an das Fendersystem der Offshore-Windenergie-Anlage nicht nur direkt von vorn sondern auch von der Seite erfolgen kann, umfasst das Spektrum der möglichen Anfahrtswinkel 180°. Ist der Kontakt durch die Greifmittel einmal hergestellt, umschließen diese die Fender. Dabei sind zwei verschiedene Modi, ein Gleit- und ein Greifmodus, verfügbar. Im Gleitmodus können sich die Kralle und somit auch der Bug des Schiffes in vertikaler Richtung entlang der Fender bewegen, was die Kräfte auf Windenergieanlage und Schiff reduziert. Im Greifmodus wird dieser Freiheitsgrad ebenfalls gesperrt und es entsteht eine feste Verbindung zur Windenergieanlage, die einen sicheren Transfer gewährleisten soll. Lasten, die sich aus der seegangbedingten Variation des statischen Auftriebes ergeben, werden dabei vom Schiff über die Kralle an die Fender der Windenergieanlage weitergegeben.
Die in DE 102 22 472 A1 vorgestellte Lösung beinhaltet ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Höhenpositionierung mindestens einer Servicekabine einer Serviceeinrichtung im Bereich einer Offshore-Windenergie-Anlage. Die Servicekabine ist entlang einer Führungseinrichtung der Windkraftanlage bewegbar. Für die Durchführung der Höhenpositionierung wird ein Antrieb verwendet. Der Antrieb ist im Bereich der Serviceeinrichtung angeordnet und kann mit einer Trageinrichtung im Bereich der Windkraftanlage gekoppelt werden. Der Antrieb kann gemeinsam mit der Serviceeinrichtung zur Windkraftanlage hin und wieder von der Windkraftanlage wegtransportiert werden.
Die in der DE 10 2010 004 077 A1 beschriebene Vorrichtung dient der Erleichterung des Zugangs zu einer Offshore-Windenergie-Anlage mit einem entlang von Führungen der Offshore-Anlage vertikal beweglichen Transportmittel. Das Transportmittel ist schwimmfähig und besitzt Einrichtungen zum Arretieren des vertikal beweglichen Transportmittels in Bezug zur Offshore-Anlage und/oder zum Anheben und Absenken des Transportmittels entlang von Führungen.
Andere Konzepte für den Crew-Transfer betreffen nicht das ganze Schiff sondern lediglich ein einzelnes Modul. Diese können an Deck eines Tenders platziert werden und stellen während des Transfers die Schnittstelle zwischen Schiff und Offshore-Windenergie-Anlage dar. Das zentrale Element der Module ist häufig eine Gangway, welche die Seegangsbewegungen des Schiffes kompensiert, wie in der WO 2012 / 107 459 A1 oder EP 1 315 651 B1 gezeigt. Der Zugang erfolgt über eine Leiter. Die Gangway selbst ist auf einer rechteckigen Rahmenstruktur gelagert. Das freie Ende der Gangway wird während des Übersetzvorgangs durch ein aktives Hydrauliksystem auf einer, in Relation zur Offshore-Windenergie-Anlage, konstanten Position gehalten. Zwischen dem Bug des Tenders und dem Fundament der Offshore-Windenergie-Anlage ist, wie beim konventionellen Boot-Anlande-Manöver, eine ständige Berührung erforderlich. Je nach Art und Größe des verwendeten Schiffes ist der sichere Crew-Transfer somit bis zu einer signifikanten Wellenhöhe von 2 m gewährleistet.
Die geschilderten Umstände führen dazu, dass die Transfers sorgfältig geplant und vorbereitet werden müssen und letztlich auch dies den Zugang zur Offshore-Windenergie-Anlage zum gewünschten Zeitpunkt nicht garantiert. Dadurch entstehen in jedem Fall zusätzliche Kosten und im Extremfall kann eine Anlage aufgrund von mangelnder Wartung infolge wetterbedingter Unzugänglichkeit sogar ausfallen.
Ein anderer Ansatz zur Optimierung des Crew-Transfers wird von der kanadischen Firma Extreme Ocean Innovation Inc. verfolgt. Der Rumpf des Crew-Transfer-Schiffes ist vollständig getaucht und nur über stromlinienförmige Säulen mit dem Deckshaus verbunden, das sich oberhalb der Wasserlinie befindet. Dieses Konstruktionsprinzip dient einer Verbesserung des Seegangverhaltens. Am Bug des Rumpfes und am vorderen Ende des Deckshauses befindet sich ein Fendersystem zum Anlegen an der Offshore-Windenergie-Anlage. Das Deckshaus befindet sich in einer Höhe von 3,5 m über der Wasserlinie, was den Einsatz des Schiffes bei signifikanten Wellenhöhen von bis zu 3 m ermöglicht.
Um eine Unabhängigkeit von den vorherrschenden Seegangsbedingungen zu erreichen ist es möglich, einen Teil des Anlande-Manövers unter die Wasseroberfläche zu verlegen. Bisherige Konzepte aus der DE 103 08 499 A1 oder DE 10 2005 055 585 A1 oder DE 103 19 764 A1 sehen in der Regel eine unterseeische Schleuse vor, an welcher das Tauchboot andockt und das Personal im Innern der Pylonen auf die Offshore-Windenergie-Anlage klettern muss.
In der Druckschrift DE 17 81 353 A wird eine Vorrichtung zur Handhabung einer Tauchkammer offenbart, die es gestattet, die Tauchkammer zu heben bzw. auf Tauchtiefe abzusenken, sie außerhalb des Wassers zu führen und sie für das Verkuppeln mit der Dekompressionskammer auszurichten und mit dieser zusammenzubringen. Die Vorrichtung kann sich auf einem Schiff, einer im Wasser verankerten Insel oder dergleichen befinden. Die Tauchkammer wird über Führungsstege mit Führungskanälen mittels einer Seilwinde an Bord gehievt. Dies erfolgt, um die Tauchkammer in eine geeignete Stellung zur Dekompressionskammer auszurichten und die Stabilisierung der Tauchkammer während des Anhebens in den Tragrahmen zu verbessern.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein innovatives Transfersystem zu schaffen, welches die Zugänglichkeit zu Offshore-Anlagen, insbesondere zu Offshore-Windenergie-Anlagen, verbessert und die Arbeitssicherheit für das Personal steigert. Es soll eine nahezu vollständige Unabhängigkeit von den vorherrschenden Seegangsbedingungen erreicht werden. Das System soll mit den gebräuchlichen Tripod-, Monopile- und Jacket-Fundamenten sowie den schwimmenden Ausführungen kompatibel sein. Weiterhin erfordern die wirtschaftlichen Interessen der Windparkbetreiber ein möglichst preiswertes und effizientes Konzept, das flexibel einsetzbar ist und eine kurze Transferzeit bei möglichst geringem Kapitaleinsatz gewährleistet.
Es wird sich weiterhin die Aufgabe gestellt, sowohl das Personal als auch die Ausrüstung in möglichst kurzer Zeit sicher auf die Offshore-Windenergie-Anlage zu transportieren. Dabei kann der Transport einer Person optional liegend erfolgen, um eine eventuelle Bergung eines Verletzten von der Offshore-Anlage zu ermöglichen. Hinsichtlich der Sicherheit gelten hohe Anforderungen, die durch die gängigen Richtlinien und Klassifikationsvorschriften bestimmt werden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die in den unabhängigen Patentansprüchen wiedergegebenenMerkmale. Die Merkmale der abhängigen Patentansprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.
So wird unterhalb der Wasseroberfläche zwischen einem unterseeischen Personen-Transportfahrzeug, kurz Fahrzeug genannt, und der Offshore-Anlage eine feste Verbindung hergestellt, indem das Fahrzeug an ein Schienensystem gebunden wird, auf dem es sich anschließend aufwärts bewegt. Das Schienensystem ist an der Offshore-Anlage fest montiert, sodass die Anregung des Seegangs beim Durchtritt durch die Wasseroberfläche keine Wirkung auf die Bewegungen des Fahrzeugs hat.
Das Verfahren zur Anlandung an einer Offshore-Anlage, welche mit einem Schienensystem und einer Landeplattform ausgestattet ist, erfolgt mit den Schritten:
Kontaktieren der Offshore-Anlage durch ein Fahrzeug mittels mindestens eines Fahrantriebs unterhalb einer Wasseroberfläche (Kontaktphase);
kontinuierliches Anpressen des Fahrzeugs gegen ein Schienensystem an der Offshore-Anlage und Ausrichtung des Fahrzeugs in horizontaler Ebene mittels mindestens eines Manöverantriebs (Ausrichtungsphase);
Rotation des Fahrzeugs um eine Parallele seiner schiffsfesten y-Achse, wobei das Heck abgesenkt wird und das Fahrzeug dann in dieser vertikalen Position gehalten wird (erste Rotationsphase);
Herstellen einer festen Verbindung zwischen dem Schienensystem und dem Fahrzeug (Bindungsphase);
Bewegung des Fahrzeugs entlang des Schienensystems an der Offshore-Anlage nach oben bis zu einem oberhalb der Wasseroberfläche drehbar gelagerten Abschnitt des Schienensystems (Steigphase);
Rotation des Fahrzeugs gemeinsam mit dem drehbar gelagerten Abschnitt des Schienensystems um eine Parallele der y-Achse des schiffsfesten Koordinatensystems, um in eine horizontale Position zu gelangen (zweite Rotationsphase).
Die Kontaktphase erfolgt durch Kontakt eines am Bug des Fahrzeugs befindlichen Kontaktrahmens an das Schienensystem, welches in diesem Bereich aus zwei Primärrohren und zwei dazwischen angeordneten Leitprofilen besteht.
Die Ausrichtung in horizontaler Ebene erfolgt durch Schub von Fahrantrieben des Fahrzeugs solange, bis sich mindestens ein mit dem Kontaktrahmen verbundener, an diesem vorgelagerter Sekundärbügel zwischen zwei Leitprofilen des Schienensystems befindet. Mindestens zwei, mit dem Kontaktrahmen verbundene Primärbügel berühren jeweils zwei nach außen gerichtete, neben den Leitprofilen angeordnete Primärrohre des Schienensystems.
Die erste Rotation des Fahrzeugs erfolgt mit Hilfe des mindestens einen Fahrantriebs, bis am Boden des Fahrzeugs angeordnete Leitbügel die zwei Primärrohre des Schienensystems kontaktieren, wobei sowohl durch den mindestens einen Fahrantrieb als auch durch den mindestens einen Manöverantrieb das Fahrzeug in dieser vertikalen Position gehalten wird.
Das Herstellen einer festen Verbindung zwischen dem Schienensystem und dem Fahrzeug erfolgt durch Schließen und/oder Eindrehen der Leitbügel um die Primärrohre.
Die Bewegung des Fahrzeugs nach oben entlang des Schienensystems an der Offshore-Anlage erfolgt mittels einer Zahnrad-/Zahnstangenverbindung, bis oberhalb der Wasseroberfläche ein drehbar gelagerter Abschnitt des Schienensystems, bestehend aus zwei Zugstäben und einem Schlitten, welche formschlüssig mit den Primärrohren des Schienensystems und einer Zahnstange abschließen, erreicht ist. Ein oder mehrere Steigräder, welche am Boden des Fahrzeugs angeordnet sind und durch einen Motor angetrieben werden, greifen hierfür in die Zahnstange des Schienensystems ein.
Die Anlandung wird durch ein bildgebendes Sensorsystem unterstützt, das auch bei schlechter Sicht die visuelle Beurteilung der Lage des Fahrzeugs gegenüber dem Schienensystem ermöglicht.
Die Vorrichtung zum Transfer von Personen und zur Anlandung an einer Offshore-Anlage besteht aus einem unterseeischen Personen-Transportfahrzeug mit einem Druckkörper, mehreren elektrischen Fahrantrieben und mindestens einem Manöverantrieb. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass am Bug des Fahrzeugs ein Kontaktrahmen sowie an der unteren Seite des Fahrzeugs ein oder mehrere Leitbügel und ein oder mehrere Steigräder angeordnet sind. Der Kontaktrahmen besteht aus einem stabilisierenden Rahmen, welcher an der dem Fahrzeug abgewandten, vorderen Seite nach außen hin mindestens zwei Primärbügel und zwischen den Primärbügeln ein oder mehrere Sekundärbügel aufweist, welche nach vorn über die Ebene der Primärbügel hinausragen. Die Primärbügel sind in diese Ausführungsform halbkreisförmig nach vorne geöffnet und passen sich so dem Umfang Primärrohre an.
Der Kontaktrahmen besteht aus gebogenen Stahlrohren. Für eine andere Ausführungsform kann der Kontaktrahmen aus anderen Metallen als Stahl oder aus Faserverbundwerkstoffen gefertigt sein.
Die Leitbügel sind unterhalb des Druckkörpers steuerbords sowie backbords angeordnet. Sie bestehen jeweils aus einem direkt am Druckkörper befestigten Verbindungsstück, an welchem sich ein Haltebereich anschließt. Der Haltebereich weist in seiner oberen, dem Verbindungsstück zugewandten Hälfte zunächst eine doppelte Krümmung um eine x’- und z’-Achse, bezogen auf ein lokales Koordinatensystem mit den Achsen x’, y’ und z’, und in seinem unteren Bereich eine einfache Krümmung um die y’-Achse auf. Jeder Leitbügel ist für sich drehbar um eine Parallele der z-Achse des schiffsfesten Koordinatensystems gelagert.
Ein oder mehrere Steigräder sind am Boden des Fahrzeugs angeordnet. Durch die Steigräder wird eine translatorische Aufwärtsbewegung des Fahrzeugs ermöglich, indem die Steigräder in Kontakt mit einer zwischen den Primärrohren des Schienensystems befindlichen, in vertikaler Richtung verlaufenden Zahnstange stehen. Das Schienensystem und die Zahnstange sind am Fundament der Offshore-Anlage angeordnet.
Die Offshore-Anlage ist mit Mitteln zur Anlandung eines unterseeischen Personen-Transportfahrzeugs an seinem Fundament ausgestattet, wobei die Mittel aus einem Schienensystem und einer Landeplattform bestehen. Das Schienensystem hat gegenüber dem Stand der Technik eine besondere Ausgestaltung. Es besteht aus einem starren, fest am Fundament montierten und sich hauptsächlich unterhalb der Wasseroberfläche befindlichen Teil sowie einem beweglichen, sich oberhalb der Wasseroberfläche entlang des Fundaments erstreckenden Teil, welcher sich nahtlos an den starren Teil anschließt. Der starre Teil des Schienensystems ist in einen Bindungs- und einen Steigbereich unterteilt. Er besteht insbesondere aus zwei Primärrohren und zwei Leitprofilen, welche zwischen den Primärrohren angeordnet sind. Die Primärrohre haben eine, über ihre gesamte vertikale Ausdehnung des starren Bereichs des Schienensystems konstante Querschnittsgeometrie.
Die Leitprofile enden am Übergang zwischen Bindungs- und Steigbereich. An die Leitprofile anschließend ist im Steigbereich eine in vertikaler Richtung verlaufende Zahnstange zwischen den Primärrohren angeordnet.
Der bewegliche Teil des Schienensystems besteht aus einem Gelenk-Zahnstangenmechanismus, welcher durch mindestens zwei Zugstäbe, einem verfahrbaren Schlitten, mindestens einem Druckstab und mehreren Drehlagern gebildet wird. Die Zugstäbe sind am Fundament der Offshore-Anlage an ihrem oberen Ende durch Zugstablager drehbar gelagert. Zwischen den Zugstäben ist der entlang der Zugstäbe verfahrbare Schlitten angeordnet, der seinerseits über ein Gelenk mit dem Druckstab gekoppelt ist. Der Druckstab ist an seinem dem Schlitten gegenüberliegenden Ende über ein Druckstablager gelenkig mit dem Fundament verbunden.
Die Vorteile der Erfindung liegen darin, dass das Personal wie in einem Fahrstuhl transportiert wird. Es ist somit nicht den Witterungsbedingungen ausgesetzt und muss insbesondere bei Seegang nicht aussteigen, um auf die Offshore-Anlage zu gelangen. Der Ausstieg erfolgt erst auf der sicheren Landeplattform.
Die als Schienen ausgelegten Primärrohre bzw. Zugstäbe können auch als Fender für das herkömmliche Boot-Anlande-Manöver genutzt werden.
Durch die Erfindung wird der Transport eines Verletzten in liegender Position ermöglicht, um diesen gegebenenfalls zur Offshore-Basis zu bringen und dort versorgen zu können. Dies ist von besonderem Vorteil, da im Ernstfall kurzfristig auf die Hilfe von außerhalb des Windparks zurückgegriffen werden kann.
Ausführung der Erfindung
Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen am Beispiel einer Offshore-Windenergie-Anlagen näher erläutert. Für andere Offshore-Anlagen, z.B. Ölplattformen, sind äquivalente Lösungen möglich. Es werden gezeigt in
1 eine Gesamtdarstellung einer Offshore-Windenergie-Anlage mit Landeplattform,
2 eine Überblicksskizze des erfindungsgemäßen Personen-Transportfahrzeugs,
3 eine Skizze des Kontaktrahmens,
4 eine schematische Darstellung eines Leitbügels,
5 einen Querschnitt des starren Teils des Schienensystems im Anlandebereich
6 einen Querschnitt des starren Teils des Schienensystems im Steigbereich,
7a den beweglichen Teil des Schienensystems,
7b den beweglichen Teil des Schienensystems in einer Schnittdarstellung aus 7a,
7c den beweglichen Teil des Schienensystems in einer Schnittdarstellung aus 7b,
8 den Beginn der Ausrichtungsphase des Fahrzeugs,
9 das Ende der Ausrichtungsphase des Fahrzeugs,
10 das Fahrzeug während der ersten Rotationsphase und
11 die Steigphase des Fahrzeugs an den Primärrohren.
Die erfindungsgemäße Lösung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Transfer von Personen und Material zu und zwischen Offshore-Anlagen, beispielsweise Offshore-Windenergie-Anlagen und eine dafür ausgestalteten Offshore-Anlage. Dazu sind als wesentliche Hauptkomponenten ein unterseeisches Personen-Transportfahrzeug und ein Schienensystem als Boot-Lande-Struktur an den Offshore-Anlagen entwickelt worden.
1 zeigt eine Gesamtdarstellung einer erfindungsgemäßen Offshore-Windenergie-Anlage mit einem Schienensystem 1 am Fundament 21 der Offshore-Anlage, einem Turm 2, einer Gondel 3 und einem Rotor mit Rotorblättern 4 sowie einer Landeplattform 5 und soll im Weiteren erläutert werden. Das erfindungsgemäße Boot-Lande-Manöver beginnt in einer Mindesttiefe von 15 m. Die Anlandung ist beendet, wenn die anlageneigene Landeplattform 5, die sich in einer Höhe von mindestens 10 m über der Wasseroberfläche 8 befindet, erreicht ist. Um dieses Manöver zu ermöglichen, sind ein besonderes Personen-Transportfahrzeug 6 und eine moderate Umgestaltung der Anlande-Vorrichtungen an der Offshore-Anlage notwendig.
Vorrichtung zum Transfer und zur Anlandung an Offshore-Anlagen
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Transfer und zur Anlandung besteht aus einem unterseeischen Personen-Transportfahrzeug (im Weiteren kurz als Fahrzeug 6 bezeichnet) und wird in 2 in einer Überblicksskizze dargestellt. Ein Druckkörper 63 ist das zentrale Element des Fahrzeugs 6 und bietet genügend Raum, um das Wartungspersonal und weitere Nutzladung wie Werkzeuge und Ersatzteile für die Wartung beispielsweise einer Windkraftanlage aufzunehmen. Der Druckkörper 63 besteht hauptsächlich aus Stahl und Acrylglas. Der Zugang zum Inneren des Druckkörpers 63 erfolgt über eine, hier nicht weiter gezeigte Luke. Zur Steuerung ist das Fahrzeug 6 mit schwenkbar, am Heck angebrachten Antrieben 62 (z.B. Thrustern) sowie beidseitig (Steuerbord und Backbord) angeordneten Bug-Tiefenrudern 64 und Heck-Tiefenrudern 65 sowie Seitenrudern 66 am Heck ausgestattet. 2 zeigt außerdem das schiffsfeste Koordinatensystem, das durch den Verlauf der x-Achse in Schiffslängsrichtung, den Verlauf der y-Achse von Steuerbord nach Backbord und die senkrecht auf x-und y-Achse stehende z-Achse, gekennzeichnet ist.
Die Antriebe sind als Fahrantriebe 621 vorgesehen und deshalb so angeordnet, dass die Erzeugung einer Vortriebskraft in Schiffslängsrichtung begünstigt wird. Neben den Fahrantrieben 621 verfügt das Fahrzeug 6 außerdem über einen Manöverantrieb 622 der weniger dem Vortrieb, sondern vielmehr einer Ausrichtung des Fahrzeugs 6 gegenüber der Offshore-Anlage zu Beginn des Boot-Anlande-Manövers ermöglichen soll. Zu diesem Zweck ist der sich am Bug des Fahrzeugs 6 befindliche Manöverantrieb 622 so angeordnet, dass seine Schubkraft vorrangig entlang der schiffsfesten vertikalen oder transversalen Achse wirkt. Eine Ausführung des Fahrzeuges 6 mit mehr als einem Manöverantrieb 622 ist möglich. Bei den Tiefenrudern 64 und 65 handelt es sich um vom Wasser umströmte Leitflächen, die drehbar um eine Parallele der y-Achse des schiffsfesten Koordinatensystems angeordnet sind und sich an Bug und Heck des Fahrzeugs 6 befinden. Die Seitenruder 66 befinden sich am Heck des Fahrzeugs 6 und sind drehbar um eine Parallele der z-Achse des schiffsfesten Koordinatensystems gelagert. Eine Ausführung des Fahrzeugs 6 mit nur einem Seitenruder 66 ist möglich. Aus Sicherheitsgründen verfügt das Fahrzeug 6 über einen Abwurfballast 68. Am Fahrzeug 6 befinden sich weitere Elemente die insbesondere für das entwickelte Boot-Anlande-Manöver erforderlich sind. Dabei handelt es sich um einen Kontaktrahmen 61, mehrere Leitbügel 69 und einen Steigantrieb, wobei dieser im weiteren Text näher erläutert wird.
Die Energieversorgung des Fahrzeugs basiert auf elektrischer Energie, die mit Hilfe von Akkumulatoren bereitgestellt wird.
Der Steigantrieb umfasst einen Elektromotor, ein Getriebe, sowie ein oder mehrere Steigräder 67. Dabei sind Elektromotor und Getriebe im Druckkörper 63 untergebracht, wohingegen das oder die Steigräder 67 sich außerhalb des Druckkörpers 63 befinden. Die Steigräder 67 sind im Ausführungsbeispiel als Zahnräder ausgeführt und dienen zur Übertragung der Kraft des Steigantriebes auf das Schienensystem 1, wodurch eine aufwärtsgerichtete Relativbewegung zwischen dem Schienensystem 1 und dem Fahrzeug 6 initiiert wird. Bindeglied zwischen dem Schienensystem 1 und Fahrzeug 6 ist dabei die Zahnstange 18. Um auch im Falle eines Defektes am Elektromotor oder dem Ausfall der Energieversorgung die Funktionalität des Steigantriebes sicherzustellen, kann der Mechanismus auch mit Hilfe einer Handkurbel betrieben werden, die bei Bedarf an der Getriebeeingangswelle angesetzt werden kann.
Während des Anlande-Manövers schiebt das Fahrzeug 6 einen zum Schienensystem 1 gehörenden verfahrbaren Schlitten 17 vor sich her. Der Kontakt wird dabei mit Hilfe der, an der Unterseite des Fahrzeugs 6 befindlichen Schlittenanschläge 70 hergestellt.
Die Lebenserhaltungssysteme entsprechen den üblichen Vorschriften für unterseeische Transportfahrzeuge und sollen hier nicht weiter erläutert werden.
Da das Fahrzeug 6 während des Lande-Manövers das Wasser vollständig verlässt und die gesamte Gewichtskraft somit von einem, im weiteren Text näher erläuterten, Schienensystem 1 getragen wird, ist das Fahrzeug 6 möglichst leicht zu halten. Weil das Fahrzeug 6 zudem auch im getauchten Zustand operiert, ist dies mit der Forderung nach einem möglichst kleinen Volumen des Druckkörpers 63 gleichzusetzen, da die zum Untertauchen des Fahrzeugs 6 benötigte Gewichtskraft proportional mit dessen verdrängtem Volumen ansteigt. Da das Fahrzeug 6 die gesamte Transferstrecke im getauchten Zustand zurücklegt, werden im Vergleich zu herkömmlichen Unterseebooten verhältnismäßig kleine Ballasttanks benötigt, die ein Austarieren der Schwimmlage in Abhängigkeit des Gewichtes der Crew und deren Gepäck ermöglichen. Darüber hinaus ist ein in Längsrichtung verschiebbares Gewicht zur Kontrolle der Trimmlage vorgesehen.
Der Kontaktrahmen 61 befindet sich am Bug des Fahrzeuges 6. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Schweißkonstruktion aus gebogenen Stahlrohren. Eine Fertigung des Kontaktrahmens aus anderen Metallen als Stahl oder aus Faserverbundwerkstoffen ist möglich. Mit Hilfe des Kontaktrahmens 61 positioniert sich das Fahrzeug 6 während der Kontakt-, Ausrichtungs- und Rotationsphase gegenüber der Offshore-Windenergie-Anlage.
Der Kontaktrahmen 61 ist nach 3 im Bezug auf die x-z-Ebene des schiffsfesten Koordinatensystems spiegelsymmetrisch aufgebaut. Er besteht aus einem stabilisierenden Rahmen an dem fahrzeugseitig Haltebügel 613, 614 und 615 angeordnet sind, welche den Kontaktrahmen 61 mit dem Fahrzeug 6 verbinden. An der dem Fahrzeug 6 abgewandten, vorderen Seite befinden sich nach außen hin mindestens zwei Primärbügel 612. Die Primärbügel 612 sind halbkreisförmig nach vorne geöffnet. Sie dienen beim Andockmanöver zur Ausrichtung des Fahrzeugs 6. Zwischen den Primärbügeln 612 sind nahe der Spiegelebene mindestens zwei Sekundärbügel 611 angeordnet, welche nach vorn über die Ebene der Primärbügel 612 hinausragen. Die Sekundärbügel 611 sind aus einem gebogenen Rohr in der Art konstruiert, dass die zwei Haltebügel 614 unterhalb der Rahmenkonstruktion und den Haltebügeln 613, welche in einer Ebene mit den Primärbügeln 612 angeordnet sind, geführt werden.
Auf der Unterseite des Fahrzeugs 6 befinden sich mindestens vier Leitbügel 69. Durch die Leitbügel 69 ist das Fahrzeug 6 während der Steigphase an die Primärrohre 12 der Offshore-Windenergie-Anlage und während der zweiten Rotationsphase an die Zugstäbe 13 des Schienensystems 1 gebunden.
Jeweils zwei Leitbügel 69 sind unterhalb des Druckkörpers 63 steuerbords sowie backbords angeordnet. In 4 ist ein Leitbügel 69 dargestellt. Er besteht aus einem Verbindungsstück 691, welches direkt am Druckkörper 63 befestigt ist. An dieses Verbindungsstück 691 schließt sich der Haltebereich an, der in seiner oberen Hälfte zunächst eine doppelte Krümmung 692 und in seinem unteren Bereich eine einfache Krümmung 693 aufweist. Bezogen auf das ebenfalls dargestellte lokale Koordinatensystem mit den Achsen x’, y’ und z’ setzt sich die doppelte Krümmung 692 aus einer Krümmung um die x’- und z’-Achse zusammen wohingegen der einfach gekrümmte Bereich 693 um die y’-Achse gekrümmt ist.
Jeder Leitbügel 69 für sich ist drehbar um eine Parallele der z-Achse des schiffsfesten Koordinatensystems, gelagert. Durch das Schließen beziehungsweise Eindrehen der Leitbügel 69 entsteht eine feste Verbindung zum Schienensystem 1. Im geschlossenen Zustand sind auf der den Primärrohren 12 beziehungsweise Zugstäben 13 zugewandten Seite Rollen angeordnet, um die Reibung zwischen den Leitbügeln 69 und den Primärrohren 12 beziehungsweise Zugstäben 13 zu minimieren. Von einer Darstellung der Rollen in den beiliegenden Zeichnungen wird im Sinne einer besseren Illustration der wesentlichen Leitbügelgeometrie abgesehen.
Das Schienensystem
An der Offshore-Windenergie-Anlage ist ein Schienensystem 1 als Boot-Lande-Struktur fest montiert. Dieses zeichnet sich durch seine einfache Konstruktion aus. Auf den Einsatz aktiver Komponenten und wartungsintensiver Mechaniken wird soweit wie möglich verzichtet. Das Schienensystem 1 ist in zwei Bereiche eingeteilt. Ein starrer Teil ist fest am Fundament 21 montiert und ein beweglicher, drehbar gelagerter Teil befindet sich über der Wasseroberfläche 8 am Fundament 21. Der starre Teil lässt sich zudem in den Bindungsbereich und den Steigbereich unterteilen. Der starre Teil des Schienensystems 1 befindet sich hauptsächlich unterhalb der Wasseroberfläche 8 und erstreckt sich in eine Wassertiefe von bis zu 50 m.
Die 5 und 6 zeigen einen Querschnitt des starren Teils des Schienensystems 1, in dem eine Ausrichtung des Fahrzeugs 6 und nachfolgend eine feste Bindung zwischen Fahrzeug 6 und Offshore-Windenergie-Anlage hergestellt wird. Das Design des Schienensystems 1 ist an das der klassischen Fender, wie sie für das herkömmliche schiffsbasierte Boot-Lande-Manöver eingesetzt werden, angelehnt. Allerdings reicht das erfindungsgemäße Schienensystem 1 bis weit unter die Wasseroberfläche 8. Am Fundament 21 des Turms 2 der und Offshore-Windenergie-Anlage sind zwei Primärrohre 12 angeordnet. Die beiden Primärrohre 12 haben einen kreisförmigen Querschnitt und fungieren während der Steigphase des Fahrzeugs 6 als dessen Führungsschiene. Die Geometrie der Primärrohre 12 ist im Vergleich zu den klassischen Fendersystemen weitestgehend identisch. Bei konventionellen Fenderanordnungen liegt zwischen den Primärrohren 12 oberhalb der Wasseroberfläche 8 eine Leiter für den Ausstieg von einem Tender, welche bei der vorliegenden Lösung auch vorhanden sein kann. Für die erfindungsgemäße Lösung geht unterhalb der Wasseroberfläche 8 die Leiter in Leitprofile 11 über, bei denen es sich um zwei Flachstahlprofile handelt, die direkt an dem Fundament 21 der Offshore-Windenergie-Anlage befestigt sind. Darüber hinaus können die Primärrohre 12 auch als Fender für die herkömmliche Boot-Anlandung genutzt werden.
6 zeigt einen Querschnitt des Steigbereichs im Bereich des starren Teils des Schienensystems 1, der sich in vertikaler Richtung von 15 m Wassertiefe bis zum Beginn des beweglichen Teils des Schienensystems 1 erstreckt. Charakteristisch sind auch hier die bereits bekannten Primärrohre 12, deren Querschnittsgeometrie und Position über die gesamte vertikale Ausdehnung des starren Bereichs des Schienensystems 1 konstant ist. Die Leitprofile 11 hingegen laufen am Übergang zwischen Bindungs- und Steigbereich aus. Stattdessen befindet sich im Steigbereich zwischen den Primärrohren 12 eine in vertikaler Richtung verlaufende Zahnstange 18. Diese ist für die Steigfahrt des Fahrzeugs 6 während des Boot-Lande-Manövers erforderlich.
Über dem Steigbereich, auf dem das Fahrzeug 6 die Wasseroberfläche 8 durchdringt, schließt sich der bewegliche Teil des Schienensystems 1 an. Dabei handelt es sich um einen Gelenk-Zahnstangenmechanismus, mit dessen Hilfe das Fahrzeug 6 von der vertikalen Steigposition in die horizontale Ausstiegsposition gekippt wird. Die Rotation wird dabei ausschließlich mit Hilfe der Antriebsenergie des Fahrzeugs 6 realisiert, sodass für den Gelenk-Zahnstangenmechanismus keine aktiven Komponenten auf der Offshore-Windenergie-Anlage installiert werden müssen.
7a, 7b und 7c zeigen den beweglichen Teil des Schienensystems 1, wobei in 7b ein Schnitt aus 7a und in 7c ein Schnitt aus 7b dargestellt wird. An die Primärrohre 12 schließen sich nahtlos zwei Zugstäbe 13 an, welche den beweglichen Teil hauptsächlich tragen. Die Zugstäbe 13 sind an ihrem oberen Ende am Fundament 21 der Offshore-Windenergie-Anlage durch Zugstablager 131 drehbar gelagert. Zwischen den Zugstäben 13 befindet sich ein entlang der Zugstäbe 13 verfahrbarer Schlitten 17, der über das Druckstabgelenk 142 mit einem Druckstab 14 gekoppelt ist. Der Druckstab 14 seinerseits ist an seinem gegenüberliegenden Ende über ein Druckstablager 141 gelenkig mit dem Fundament 21 verbunden. Der Schlitten 17 wird mit Hilfe der Führungsschienen 15 entlang der Zugstäbe 13 verfahren. Alle Lager des beweglichen Teils des Schienensystems 1 ermöglichen eine Drehung um eine Parallele der Y-Achse des Koordinatensystems. Eine Ausführung des Gelenk-Zahnstangenmechanismus mit mehr als einem Druckstab 14 ist möglich.
7b zeigt einen in 7a bezeichneten Schnitt A-A. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird in dieser Ansicht auf die Darstellung des Fahrzeuges verzichtet. Zur Aussteifung des Schienensystems 1 sind zwischen den Zugstäben 13 Sprossen 16 angeordnet. Unter den Sprossen verlaufen die Führungsschienen 15 des Schlittens 17. Mittig zwischen den Zugstäben 13 befindet sich auf den Sprossen 16 die Zahnstange 18.
7c zeigt einen in 7b bezeichneten Schnitt B-B. Für eine bessere Darstellung der Funktionsweise wird das Fahrzeug 6 in dieser Abbildung wieder mit berücksichtigt. Die am Boden des Druckkörpers 63 angebrachten Leitbügel 69 umschließen im geschlossenen Zustand die Zugstäbe 13. Der verfahrbare Schlitten 17 befindet sich unter den Zugstäben 13, umschließt diese jedoch auf beiden Seiten von außen. Der Schlitten 17 und die Zugstäbe 13 berühren sich dabei nicht. Die Bindung des Schlittens 17 an das Schienensystem 1 ist durch die Führungsschienen 15 gegeben, in denen der Schlitten 17 mittels Rollen geführt wird. Der Druckstab 14 ist über das Druckstabgelenk 142 mit dem Schlitten 17 verbunden. Die beiden im Ausführungsbeispiel vorhandenen Steigräder 67 sind rechts und links von der Zahnstange 18 angeordnet und ermöglichen so die Aufwärtsbewegung des Fahrzeugs 6. Dieses berührt den Schlitten 17 mit den Schlittenanschlägen 70 und schiebt diesen somit vor sich her.
Am oberen Ende des Schienensystems 1 befindet sich in einer Höhe von mindestens 10 m über der Wasseroberfläche 7 eine Landeplattform 5 an der Offshore-Windenergie-Anlage, auf der das Boot-Lande-Manöver beendet wird. Das Verfahren zur Anlandung wird im Folgenden näher erläutert.
Verfahren zur Anlandung an einer Offshore-Anlage
Der Beginn des Boot-Lande-Manövers findet unterhalb der Wasseroberfläche 8 statt. Es ist in mehrere Phasen untergliedert und beginnt mit der Kontaktphase, die durch die Reduktion der Schiffsgeschwindigkeit des Fahrzeugs 6 beim Erreichen der Offshore-Windenergie-Anlage eingeleitet wird. Im Verlauf der Kontaktphase nähert sich das Fahrzeug 6 der Offshore-Windenergie-Anlage weiter an. Bei der Durchführung des Boot-Lande-Manövers wird der Steuermann durch ein bildgebendes Sensorsystem unterstützt, das auch bei schlechter Sicht die visuelle Beurteilung der Lage des Fahrzeugs 6 gegenüber dem Schienensystem 1 ermöglicht. Das Sensorsystem ist Stand der Technik und wird hier nicht weiter spezifiziert.
Das Fahrzeug 6 dockt unterhalb der Wasseroberfläche 8 an dem Schienensystem 1 an. In Abhängigkeit von den vorherrschenden Strömungsbedingungen kann es erforderlich sein, das Schienensystem 1 von der Seite anzusteuern. Die Kontaktphase endet mit der Berührung des Schienensystems 1 mit dem Kontaktrahmen 61 des Fahrzeugs 6. Die Geometrie des Kontaktrahmens 61 ist zu diesem Zweck an die zylindrische Form der Primärrohre 12 angepasst, indem die Primärbügel 612 halbkreisförmig ausgeführt sind. 8 zeigt die Situation, die gleichzeitig den Beginn der Ausrichtungsphase markiert. Die Anfahrt erfolgt im dargestellten Fall von der Seite, wie es aufgrund einer quer einkommenden Strömung notwendig sein kann.
Im Verlauf der zweiten Phase, der Ausrichtungsphase pressen die Antriebe 62 den Kontaktrahmen 61 des Fahrzeugs 6 kontinuierlich gegen das Primärrohr 12, das als Gegenlager für die sich anschließende Ausrichtungsbewegung dient. Die Ausrichtungsbewegung findet in der horizontalen Ebene statt und ist der Strömung entgegen gerichtet. Durch die exponierte Lage der Antriebe 62 wird dabei eine vorteilhafte Hebelwirkung erzielt, die den Energieaufwand für die Ausrichtung reduziert. Mit dem Fortschreiten der Bewegung gelangen die Sekundärbügel 611 des Kontaktrahmens 61 zwischen die Leitprofile 11 des Schienensystems 1. Die Ausrichtungsphase endet mit der Berührung zwischen dem Kontaktrahmen 61 und dem zweiten Primärrohr 12 (9), wobei die Antriebe 62 ständig weiterlaufen, um das Fahrzeug 6 gegen den Strömungsdruck auf Position zu halten und zudem den erforderlichen Anpressdruck zu erzeugen, der ein Abgleiten des Kontaktrahmens 61 von den Primärrohren 12 verhindert.
Aus dieser Situation heraus wird durch die Antriebe 62 eine Rotation des Fahrzeugs 6 um eine Parallele der schiffsfesten y-Achse eingeleitet, die den Beginn der ersten Rotationsphase darstellt. 10 zeigt das Fahrzeug 6 während der ersten Rotationsphase, bei der das Heck mit Hilfe der Fahrantriebe 621 abgesenkt wird. Der Kontaktrahmen 61 bleibt vorerst in Kontakt mit den Primärrohren 612. Auch hier begünstigt der große Abstand zwischen dem Drehpunkt, welcher zwischen Kontaktrahmen 61 und Primärrohren 612 liegt, und den Antrieben 62 deren Wirkung. Im Verlauf der Rotation reduziert sich der durch die Fahrantriebe 62 erzeugte Anpressdruck des Kontaktrahmens 61 und es droht ein Abgleiten des Fahrzeugs 6, wodurch der Kontakt zum Schienensystem 1 verloren gehen würde. Um dem entgegenzuwirken, wird der Anpressdruck mit Hilfe des sich am Bug befindenden Manöverantriebs 622 erhöht, bevor es zu einem Abgleiten des Fahrzeuges 6 vom Schienensystem 1 kommt. Zusätzlich ist der Kontaktrahmen 61 so gestaltet, dass die Sekundärbügel 611 während der Rotation kontinuierlich zwischen den Leitprofilen 11 des Schienensystems 1 verbleiben und somit ein Abgleiten des Fahrzeugs 6 entlang der schiffsfesten y-Achse, wie es beispielsweise in Folge einer quer einkommenden Strömung der Falls sein könnte, verhindert wird. Im weiteren Verlauf der Rotation treten schließlich die Leitbügel 69 mit den Primärrohren 12 in Kontakt. Von diesem Moment an befindet sich der Drehpunkt der Rotation nicht mehr am Berührungspunkt zwischen dem Kontaktrahmen 61 und den Primärrohren 12, sondern am Berührungspunkt der vorderen Leitbügel 69a mit den Primärrohren 12. Der Anpressdruck wird in dieser Situation sowohl durch die Fahrantriebe 621 als auch den Manöverantrieb 622 erzeugt. Die Rotation setzt sich solange fort, bis die hinteren Leitbügel 69b ebenfalls mit den Primärrohren 12 in Kontakt treten und damit die erste Rotationsphase beenden.
Im Anschluss erfolgt die Bindungsphase, in welcher eine feste Verbindung zwischen dem Schienensystem 1 und dem Fahrzeug 6 hergestellt wird. Durch eine Drehung der Leitbügel 69 um eine Parallele der z-Achse des schiffsfesten Koordinatensystems schließen sich die Leitbügel 69 um die Primärrohre 12 und es entsteht eine feste Verbindung zum Schienensystem 1. Das Fahrzeug 6 kann nun ausschließlich vertikal entlang der Primärrohre 12 verschoben werden.
In der anschließenden Steigphase fährt das Fahrzeug 6 entlang der Primärrohre 12 in Richtung Landeplattform 5 (11). Das Fahrzeug 6 befindet sich zu Beginn noch auf dem starren Teil des Schienensystems 1, wobei die Fahrantriebe 621 für den in der Steigfahrt nötigen Schub sorgen. Am Übergang zwischen Bindungs- und Steigbereich laufen die Leitprofile 11 zwischen den Primärrohren 12 aus und werden durch die in vertikaler Richtung verlaufende Zahnstange 18 ersetzt. Dazu wird ein Kontakt zwischen den Steigrädern 67 des Fahrzeugs 6 und der Zahnstange 18 hergestellt. Von diesem Moment an werden die Fahrantriebe 621 abgeschaltet. Die Steigfahrt wird nun mit Hilfe des fahrzeugeigenen Steigantriebs fortgesetzt.
Durch die Bindung an das Schienensystem 1 sind, abgesehen von der Translation in vertikaler Richtung, sämtliche Freiheitsgrade des Fahrzeugs 6 gesperrt. Allerdings ist auch die Aufwärtsbewegung durch den Formschluss von Steigrad 67 und Zahnstange 18 beschränkt und unterliegt somit der Kontrolle des Steuermanns. Infolgedessen hat die Anregung des Seegangs beim Durchtritt des Fahrzeugs 6 durch die Wasseroberfläche 8 keinen Einfluss auf dessen Bewegungen.
Die Steigphase endet mit dem Erreichen des beweglichen Abschnitts des Schienensystems 1. Hier wird die zweite Rotationsphase eingeleitet. Der Aufbau des beweglichen Teils des Schienensystems 1 wird zu 7 erläutert. Die Zugstäbe 13 des beweglichen Teils liegen in ihrer Ausgangsposition vertikal an dem Fundament 21 der Offshore-Anlage an und schließen formschlüssig mit den Primärrohren 12 und der Zahnstange 18 des starren Bereichs ab. Das Fahrzeug 6 rotiert nun gemeinsam mit dem drehbar gelagerten Teil des Schienensystems 1 um eine Parallele der y-Achse des Fahrzeugs 6. Das Fahrzeug 6 stellt bei Erreichen des Schlittens 17 mit Hilfe der Schlittenanschläge 70 eine rein kraftschlüssige Verbindung zu diesem her. Durch den Steigprozess entlang der Zahnstange 18 und der Zugstäbe 13 wird der Schlitten 17 durch das Fahrzeug 6 mitgeführt. Der Winkel [a] zwischen Druckstab 14 und Offshore-Windenergie-Anlage weist im Ausgangszustand einen Wert von größer 0° auf. Aufgrund der geometrischen Bedingungen, die sich aus der Anordnung und Lage der Zug- und Druckstäbe 13 und 14 und der Zug- und Druckstablager 131 und 141 ergeben, erfolgt eine Rotation aller Teile des Gelenk-Zahnstangenmechanismus, um die Zugstablager 131 der Zugstäbe 13. Ausgenommen hiervon ist nur der Druckstab 14, der um das Druckstablager 141 rotiert. Nach Abschluss des Boot-Lande-Prozesses ist das Fahrzeug 6 horizontal ausgerichtet und das Personal kann die Offshore-Windenergie-Anlage betreten. Das Aussteigen der Passagiere markiert schließlich das Ende des Boot-Lande-Manövers.
Für das Verlassen der Offshore-Windenergie-Anlage wird das Manöver in umgekehrter Reihenfolge absolviert. Wenn das Instandhaltungsteam von einer Offshore-Basis aus operiert, kann die Boot-Anlandung dort auf gleiche Weise vollzogen werden.
Sicherheitsrelevante Einrichtung und Ausrüstung
Um in einer Notsituation, wie dem vollständigen Ausfall des elektrischen Systems, sicher zur Oberfläche zurückkehren zu können, verfügt das Fahrzeug 6 über einen abwurfbaren Ballast. Das Mitführen eines solchen Ballasts trägt maßgeblich zu einer Steigerung der Sicherheit bei und ist Gegenstand der Vorschriften des Germanischen Lloyd. Durch die Positionierung des Notballasts am Bug führt dessen Abwurf zu einer achterlichen Vertrimmung des Fahrzeugs 6, das dadurch mit dem Bug voran zur Oberfläche strebt, wobei mit Hilfe der mechanisch angesteuerten Seiten- und Tiefenruder 64 und 65, 66 der Kurs und die Schwimmlage auch bei Ausfall der elektrischen Energieversorgung beeinflusst werden können.
Bezugszeichenliste

1: Schienensystem
11: Leitprofile
12: Primärrohre
13: Zugstäbe
131: Zugstablager
14: Druckstab
141: Druckstablager
142: Druckstabgelenk
15: Führungsschiene
16: Sprossen
17: verfahrbarer Schlitten
18: Zahnstange
2: Turm
21: Fundament
3: Gondel
4: Rotorblätter
5: Landeplattform
6: Fahrzeug
61: Kontaktrahmen
611: Sekundärbügel
612: Primärbügel
613: oberer Haltebügel für den Sekundärbügel 611
614: unterer Haltebügel für den Sekundärbügel 611
615: Haltebügel für den Primärbügel 612
62: Antriebe
621: Fahrantriebe
622: Manöverantrieb
63: Druckkörper
64: Bug-Tiefenruder
65: Heck-Tiefenruder
66: Seitenrudern
67: Steigrad
68: Abwurfballast
69: Leitbügel
691: Verbindungsstück
692: Haltebereich mit doppelter Krümmung (um x` und z´-Achse)
693: Haltebereich mit einfacher Krümmung (um y´-Achse)
69a: vordere Leitbügel
69b: hintere Leitbügel
70: Schlittenanschlag
8: Wasseroberfläche

Claims

Verfahren zur Anlandung an einer Offshore-Anlage, welche mit einem Schienensystem (1) und einer Landeplattform (5) ausgestattet ist, gekennzeichnet durch die Schritte: – Kontaktieren der Offshore-Anlage durch ein Fahrzeug (6) mittels mindestens eines Fahrantriebs (621) unterhalb einer Wasseroberfläche (7) (Kontaktphase); – kontinuierliches Anpressen des Fahrzeugs (6) gegen das Schienensystem (1) an der Offshore-Anlage und Ausrichtung des Fahrzeugs (6) in horizontaler Ebene mittels mindestens eines Manöverantriebs (622) (Ausrichtungsphase); – Rotation des Fahrzeugs (6) um eine Parallele seiner schiffsfesten y-Achse, wobei das Heck abgesenkt wird und das Fahrzeug (6) dann in dieser vertikalen Position gehalten wird (erste Rotationsphase); – Herstellen einer festen Verbindung zwischen dem Schienensystem (1) und dem Fahrzeug (6) (Bindungsphase); – Bewegung des Fahrzeugs (6) entlang des Schienensystems (1) an der Offshore-Anlage nach oben bis zu einem oberhalb der Wasseroberfläche (8) drehbar gelagerten Abschnitt des Schienensystems (1) (Steigphase); – Rotation des Fahrzeugs (6) gemeinsam mit dem drehbar gelagerten Abschnitt des Schienensystems (1) um eine Parallele der y-Achse des schiffsfesten Koordinatensystems, um in eine horizontale Position zu gelangen (zweite Rotationsphase).
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktphase durch Kontakt eines am Bug des Fahrzeugs (6) befindlichen Kontaktrahmens (61) an das Schienensystem (1) erfolgt, welches in diesem Bereich aus zwei Primärrohren (12) und zwei dazwischen angeordneten Leitprofilen (11) besteht.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung in horizontaler Ebene durch Schub von Fahrantrieben (621) des Fahrzeugs (6) solange erfolgt, bis sich mindestens ein mit dem Kontaktrahmen (61) verbundener, an diesem vorgelagerter Sekundärbügel (611) zwischen zwei Leitprofilen (11) des Schienensystems (1) befindet und mindestens zwei mit dem Kontaktrahmen (61) verbundene Primärbügel (612) zwei nach außen gerichtete, neben den Leitprofilen (11) angeordnete Primärrohre (12) des Schienensystems (1) jeweils berühren.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rotation des Fahrzeugs (6) mit Hilfe des mindestens einen Fahrantriebs (621) erfolgt, bis am Boden des Fahrzeugs (6) angeordnete Leitbügel (69) zwei Primärrohre (12) des Schienensystems (1) kontaktieren, wobei sowohl durch den mindestens einen Fahrantrieb (621) als auch durch den mindestens einen Manöverantrieb (622) das Fahrzeug (6) in dieser vertikalen Position gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen einer festen Verbindung zwischen dem Schienensystem (1) und dem Fahrzeug (6) durch Schließen und/oder Eindrehen der Leitbügel (69) um die Primärrohre (12) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Fahrzeugs (6) nach oben entlang des Schienensystems (1) an der Offshore-Anlage mittels einer Zahnrad-/Zahnstangenverbindung erfolgt, bis oberhalb der Wasseroberfläche (8) ein drehbar gelagerter Abschnitt des Schienensystems (1), bestehend aus zwei Zugstäben (121) und einem Schlitten (125), welche formschlüssig mit Primärrohren (12) des Schienensystems (1) und einer Zahnstange (18) abschließen, erreicht ist, wobei ein oder mehrere Steigräder (67), welche am Boden des Fahrzeugs (6) angeordnet sind und durch einen Motor angetrieben werden, in die Zahnstange (18) des Schienensystems (1) eingreifen.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Anlandung durch ein bildgebendes Sensorsystem unterstützt wird, das auch bei schlechter Sicht die visuelle Beurteilung der Lage des Fahrzeugs (6) gegenüber dem Schienensystem (1) ermöglicht.
Vorrichtung zum Transfer von Personen und zur Anlandung an einer Offshore-Anlage, bestehend aus einem unterseeischen Personen-Transportfahrzeug mit einem Druckkörper, mehreren elektrischen Fahrantrieben und mindestens einem Manöverantrieb, dadurch gekennzeichnet, dass am Bug des Fahrzeugs (6) ein Kontaktrahmen (61) sowie an der unteren Seite des Fahrzeugs (6) ein oder mehrere Leitbügel (69) und ein oder mehrere Steigräder (67) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktrahmen (61) aus einem stabilisierenden Rahmen besteht, welcher an der dem Fahrzeug (6) abgewandten, vorderen Seite nach außen hin mindestens zwei Primärbügel (612) und zwischen den Primärbügeln (612) ein oder mehrere Sekundärbügel (611) aufweist, welche nach vorn über die Ebene der Primärbügel (612) hinausragen.
Vorrichtung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Primärbügel (612) halbkreisförmig nach vorne geöffnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktrahmen (61) aus gebogenen Stahlrohren besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktrahmen (61) aus anderen Metallen als Stahl oder aus Faserverbundwerkstoffen besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Leitbügel (69) unterhalb des Druckkörpers (63) steuerbords sowie backbords angeordnet sind und jeweils aus einem, direkt am Druckkörper (63) befestigten Verbindungsstück (691) bestehen, an welchem sich ein Haltebereich anschließt, der in seiner oberen, dem Verbindungsstück (691) zugewandten Hälfte zunächst eine doppelte Krümmung (692) um eine x’- und z’-Achse bezogen auf ein lokales Koordinatensystem mit den Achsen x’, y’ und z’ und in seinem unteren Bereich eine einfache Krümmung (693) um die y’-Achse aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 13 dadurch gekennzeichnet, dass jeder Leitbügel (69) für sich, drehbar um eine Parallele der z-Achse des schiffsfesten Koordinatensystems, gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Steigräder (67) am Boden des Fahrzeugs (6) angeordnet sind, welche auf einer zwischen Primärrohren (12) eines Schienensystems (1) befindlichen, in vertikaler Richtung verlaufenden Zahnstange (18) eine translatorische Aufwärtsbewegung des Fahrzeugs (6) ermöglichen, wobei das Schienensystem (1) und die Zahnstange (18) an einem Fundament (21) einer Offshore-Anlage angeordnet sind.
Offshore-Anlage mit Mitteln zur Anlandung eines unterseeischen Personen-Transportfahrzeugs an einem Fundament (21) der Offshore-Anlage bestehend aus einem Schienensystem (1) und einer Landeplattform (5) dadurch gekennzeichnet, dass das Schienensystem (1) aus einem starren, fest am Fundament (21) montierten und sich hauptsächlich unterhalb der Wasseroberfläche (8) befindlichen Teil sowie einem beweglichen, sich oberhalb der Wasseroberfläche (8) entlang des Fundament (21) erstreckenden Teil, welcher sich nahtlos an den starren Teil anschließt, besteht.
Offshore-Anlage nach Anspruch 16 dadurch gekennzeichnet, dass der starre Teil des Schienensystems (1) in einen Bindungs- und einen Steigbereich unterteilt ist.
Offshore-Anlage nach Anspruch 16 oder 17 dadurch gekennzeichnet, dass der starre Teil des Schienensystems (1) aus zwei Primärrohren (12) und zwei Leitprofilen (11), welche zwischen den Primärrohren (12) angeordnet sind, besteht.
Offshore-Anlage nach Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, dass die Primärrohre (12) eine, über ihre gesamte vertikale Ausdehnung des starren Bereichs des Schienensystems (1) konstante Querschnittsgeometrie besitzen.
Offshore-Anlage nach Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, dass die Leitprofile (11) am Übergang zwischen Bindungs- und Steigbereich enden und an diese anschließend im Steigbereich eine in vertikaler Richtung verlaufende Zahnstange (18) zwischen den Primärrohren (12) angeordnet ist.
Offshore-Anlage nach Anspruch 16 dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Teil des Schienensystems (1) aus einem Gelenk-Zahnstangenmechanismus besteht, welcher durch mindestens zwei Zugstäbe (13), einem verfahrbaren Schlitten (17), mindestens einem Druckstab (14) und mehreren Drehlagern gebildet wird.
Offshore-Anlage nach Anspruch 21 dadurch gekennzeichnet, dass die Zugstäbe (13) am Fundament (21) der Offshore-Anlage an ihrem oberen Ende durch Zugstablager (131) drehbar gelagert sind.
Offshore-Anlage nach Anspruch 21 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Zugstäben (13) der entlang der Zugstäbe (13) verfahrbare Schlitten (17) angeordnet ist, der seinerseits über ein Druckstabgelenk (142) mit dem Druckstab (14) gekoppelt ist, wobei der Druckstab (14) an seinem dem Schlitten (17) gegenüberliegenden Ende über ein Druckstablager (141) gelenkig mit dem Fundament (21) verbunden ist.