DK201000188U3 - Ny bærende konstruktion for havvindmølle. Fladefunderet med teleskopisk tårn - Google Patents

Abstract

En bærende konstruktion for en havvindmølie, som består a Et stålfundament med ballast- og opdriftstanke samlet med dragere omkring en lodret rørformet stub. Et fundament for direkte fiadefundering samt Et teleskopisk tårn, som er opbygget al ydre og indre rørsektioner med en hydraulisk mekanisme indbygget øverst i det ydre faste rør. Fundamentet lastet med rørsektioner kan bugseres fra et værft, og vindturbinemoduler kan bugseres på en lægter fra en fabrik. Begge til en havn nær ved møllens kommende standpiads. Havvindmollen kan samles og afprøves endeligt i havnen og bugseres i halv højde til stand-pladsen. Her kan stålfundamentet sænkes ned på havhunden, og vindturbinen kan hæves hydraulisk op i flild højde.

Description

DK 2010 00188 U3

Side 1 BESKRIVELSE 1 Nuværende praksis På op til ca. 15 m vanddybde funderes en bærende konstruktion på sænkekasser udført på land af jernbeton med en rørformet stub.

Sænkekassen søsættes og fortøjes ved kaj. Herefter anbringes et mellem-rørstykke af stål på stubben f.eks. med mob il kraner på kaj.

Sænkekassen med mellemrør bugseres til havmøllens offshore standplads, hvor den sænkes på en vandret afrettet ralpude. Mellemrøret når herefter op over middelvandstand. På mellemrørets topflange skal havvindmøllens koniske tåmsektioner og dens vindturbine- og generatormoduler monteres.

Denne offshore montage af sektioner og moduler sker fra en montagehavn, hvor et specialskib med fastsvejst dreje/vippekran laster og fastgør sektioner og moduler som dækslast.

Specialskibet er forsynet med ekstra forankringsudstyr og sænkbare støtteben mod havbunden.

Skibet skal både ved lastning i havn og især ved montage til søs sikres effektivt mod afdrift, duvning og krængning forårsaget af tidevand, vind og bølger samt fra svingende store kranlaster i meget store højder.

På større vanddybder og hvor havbunden tillader nedramning af store rør i store dybder er anvendt såkaldte monopiles. Ramningen og vibreringen af de store lange rør sker offshore med specialudstyr og special skibe, som også kan laste og håndtere rørsektioneme.

På toppen af hver færdigrammet monopile skal fartøjet også kunne placere og svejse et mellemstykke, der danner overgang til nederste tåmsektion.

Både ved sænkekasse og monopile sker slutmontage og slutafprøvning altså til søs.

DK 2010 00188 U3

Side 2

2 Ny udformning af den bærende konstruktion for hawindmøller. Fig. A

Den nye bærende struktur er et resultat af at kombinere et stål-fundament med et teleskopisk tårn.

Til den nye udformning er valgt et teleskopisk tåm med cylindriske rør. Øverst i det ydre rør er anbragt en hydraulisk mekanisme, der trinvis kan hæve/sænke det indre rør, på hvis top vindtur-binen og el-geneatoren er anbragt.

Fundamentets ottekantede bundponton er udstyret med tanke for både ballast og opdrift. Fundamentet kan bruges som transportflåde for tåmsektioner fra et værft til en montagehavn nær møllens kommende standplads.

Stålfundamentet med dets opdriftstanke kan også bruges til at bugsere den færdige mølle ffa havnen til standpladsen og til at sænke fundamentet ned på havbunden og der udgøre en blivende flade for direkte fundering.

Det teleskopiske tåm er primært valgt af hensyn til konstruktionens stabilitet under bugsering og sænkning med en komplet vindturbine og generator i lav position. Men også for at montagen og slutafprøvningen kan ske i lav position. Hæve/sænke udstyret muliggør således at bugsere, opstille og vedligeholde høje havvindmøller i ”halv højde”.

Den nye bærende konstruktion påregnes at kunne gøre montagen i havn og offshoreaktiviteteme på det nærmeste uafhængig af vind og bølger. Dermed kan opnås en glidende produktion af stålfundamenter, tåmsektioner og moduler over hele året, og dermed opnås bedre udnyttelse af produktionsmidler med lavere byggeomkostninger og byggerenter til følge.

Den nye bærende konstruktion forenkler kontrahering med færre fagentrepriser og færre bygherreleverancer og dermed en forenklet styring. I den nye udformning kan der påregnes en opgavefordeling mellem en bygherre og få hovedleverandører.

A. Den bærende konstruktion d.v.s. levering til og montage i havn samt installation på standplads incl. hydraulisk hævning af vindturbine.

B. Vindturbine og generator leveret, monteret og afprøvet i havn med assistance fra A’s kraner og forsyninger.

C. Søkabler ffa den bærende konstruktion og opkobling til el-net. Eventuelt også havvindmøllens egne blivende elinstallationer og nødforsyninger.

DK 2010 00188 U3

Side 3;

3. Ny udformning af ståifundament. Fig. B

Stål fundamentet består af en rørformet stub af stål, som bærer tårnets ydre rør og giver plads til det nederste indre rør i stubben.

1 stubben er indspændt 8 stk. ståldragere med kasseformet tværsnit. Stub og kassedragere indeholder et rørsystem for ballastvand. Kassedrageme er anbragt som diagonaler i en ottekant. De konstrueres til at bærer tåmsektioneme under søtransporten fra værft til havn. Fig. D

Yderst mellem kassedrageme er indsvejst 8 tanke med rektangulært tværsnit. Disse tanke skal indeholde et lag permanent ballast i form af mager beton, således at stålfundamentet sikrer havmøllens stabilitet og lår en dybgang lig med dets fribord ved egenvægt med betonballast. Betonballast indpumpes ved værft eller i montagehavn.

Alle stål materialer slyngrenses med stålsand og shopprimes. Stubben, de 8 kassedragere og de 8 tanke svejses incl. udrustning til delsektioner og derefter til et helt stål fundament.

Alle overflader fristråleblæses for rustskader og alle overflader sprøjtemales med 2 lag kultjæreepoxy - alt i malehal.

Det færdigudrustede fundament søsættes fra bedding eller dok - eller løftes ud med en portalkran over dok og bassin.

4 Nyt teleskopisk tårn. Fig. C

Det teleskopiske tårn er opdelt i cylindriske sektioner. Det ydre rør består af 4 sektioner anbragt på stubben. Det indre rør består af 5 sektioner - heraf 1 stk. i stub. Hver sektion er fuldsvejst. De samles ved montagen i havn med boltede flanger, hvori løftebeslag kan fastgøres midlertidigt.

Tåmsektionemes stålmaterialer slyngrenses og shopprimes med zinksilikat. Sektionerne fristråleblæses helt rene for rust og sprøjtemales med 2 lag zinksilikat og 1 lag vinyl - alt i malehal.

Et hæve/sænke arrangementet er anbragt i øverste ydre rørsektion. En ring med skudrigler hviler på hydrauliske cylindre. Skudrigleme passer i ækvidistante huller i de indre rørsektioner.

Et sæt skudrigler fra det ydre rør bruges til at ophænge det indre rør i, når hæve/sænke ringen flyttes hydraulisk.

Der medfølger en tandstangs-elevator i det ydre og i det indre rør.

Toppen af øverste indre rør bærer boltede skinner for vindturbinens drejekrans.

Når turbinen er endeligt i top lukkes huller for skudrigler i det indre rør med plast-propper. Flanger i top af yderrør og i bund af inderrør kiles og boltes sammen.

DK 2010 00188 U3

Side 4

5 Stålfundament som transportflåde. Fig. D

5 tål fundamentet uden betonballast flyder ved ca. 0,5 m dybgang. Lastet med 4 yderrør og 5 inderrør bliver dybgangen ca. 0,7 m. Stålfundamentets sidehøjde er ca. 3.0 m.

I lastet kondition ligger det samlede tyngdepunkt ca. 5,0 m over fundaments køl.

Stålfundament og tåmsektioner påregnes produceret ved samme værft. Bugseringen til montagehavn påregnes udført af 1 stk. lokal bugserbåd time-chartret af leverandøren for hele den bærende konstruktion.

Hvis fundamentet leveres med betonballast og med tåmsektioner, kan en sådan leverance også betragtes som en selvstændig fagentreprise.

Forventet bugserfart i åbent farvand ca. 8 knob eller ca. 192 sømil d.v.s. 350 km. pr. døgn.

6 Montage af tårn, turbine og generator i havn.

Forudsætninger:

For at kunne gøre beskrivelsen uafhængig af eksisterende havnes kranudstyr, og for at kunne vælge en egnet montagehavn tæt ved hawindmøllens standplads, forudsætter denne beskrivelse, at leverandør A råder over en flydekran, der kan bugseres fra havn til havn.

Flydekranen bør derfor have en teleskopisk mast med en vandret svingbar kranarm. Kranarmens løftehøjde tilpasses montage af vindturbine og generator i lav højde. Dens løfteevne må tilpasses den tungeste tåmsektion og det tungeste modul.

Flydekranens maksimale udlæg med maksimal last kan minimeres ved at flydekranens stålskrog udstyres med en langskibs spalte, så skroget kan omslutte stålfundamentets stub - som vist på fig. E.

Flydekranen bør udrustes for montage og slutafprøvning med forsyninger for el, trykluft, hydraulik-aggregat, værktøjer, lagre, opholdsrum m.v.

Flydekranens stålskrog udrustes med hydrauliske støttecylindre, som kan stabiliserer flydekranen, ved at træde på stål fundamentets kassedragere, når stålfundamentet hviler helt fast på havnens bund.

Montage i havn med assistance fra en mobil flydekran som Fig. E kan ske i følgende 10 trin.

Trin 1. - fig. F

Havvindmøllens stålfundament fortøjes ved kaj over en vandret, afrettet ralpude.

DK 2010 00188 U3

Side 5

Trin 2. - fig. F

Flydekranen fortøjes uden på en afstandsflåde. 2 stk. inderrør og 2 stk. yderrør flyttes med svingkranen fra stålfundamentet til flydekranens dæk.

Trin 3 - fig. F

Flydekranen forhales til stål fundamentets anden kant og fortøjes uden på en afstandsflåde. 2 stk. inderrør og 2 stk. yderrør flyttes med svingkranen fra stålfundamentet til flydekranens dæk.

Trin 4. - fig. F

Der indpumpes ca. 8x30 m3 beton fra kaj til de 8 tanke i stålfundamentet.

Trin 5. - fig. F

Stålfundamentet sænkes ved kaj ned på ralpuden, idet bundtankene fyldes centralsymmetrisk med søvand over den indpumpede permanente betonballast.

Trin 6. — fig. G

Flydekranen med vandballast i stålkrog efter behov og med tåmsektioner på dæk bugseres ind over og omkring bundsektionens stub. Flydekranens 8 støttecylindre sænkes på kassedrageme. Flydekranens indre rør med kranarm hæves.

Trin 7. - fig. G

Lægter med turbine- og generatormoduler fortøjes til flydekranen.

Trin 8. - fig. G

Tåmsektioneme monteres på stub i følgende rækkefølge: Y2 + 12, Y3 + 13, Y4 + 14 og Y5 + 15.

Trin 9. fig. G

Turbinemoduler og rotorblade monteres.

Generatormoduler monteres.

Lægter forlader flydekranen.

Vindturbinen afprøves i lav højde, i hævet højde og sænkes igen til lav højde.

Flydekranens støttecylindre hæves.

Flydekranen forlader bundsektionen.

Trin 10. - fig. H

Den slutafprøvede komplette havvindmølle hæves fra havnens bund ved kajen, idet de 8 tanke tømmes helt for ballastvand - parvis og centralsymmetrisk.

DK 2010 00188 U3

Side 6 7 Bugsering af komplet tiavvindmelle med vindturbine og generator i lav højde fra havn til offshore standplads. Fig. 1

Tre bugserbåde slår deres opkortede slæbetrosser på slæbebeslag på havvindmøllens stål fundament, mens det flyder i havnen uden vandballast. Disse beslag bør være svejst på kassedrageme yderst - inden malehal. En bugserbåd trækker havvindmøllen ud af havnen, mens to både assisterer ved denne manøvre.

Bugserbådene påregnes chartret lokalt, og deres pæletræk skal være tilstrækkeligt til at bugsere ved en bølgelængde - fra top til top - på maks. 20 m og en bølgehøjde på maks. 2 m fra dal til top. Hastigheden må tilpasses farvandet mellem havn og standplads.

8 Sænkning af en komplet hawindmølle på standplads med vindturbinen og generator i lav højde. Fig. J

Det forudsættes, at bygherrens geotekniske undersøgelser vil tillade fladefundering på en vandret afrettet ralpude - udlagt og afmærket i særlig entreprise som bygherreleverance.

Over standpladsen kortes slæbestrosseme op, og havmøllen sænkes ved at fylde fundamentets 8 tanke central symmetrisk op med søvand. Under fyldningen opankres de tre slæbebåde som vist for at sikre position over ralpuden. Tårnet holdes lodret under sænkningen. Herefter kan 2 slæbebåde returnere.

9 Teleskopisk, hydraulisk hævning af vindturbinen til fuld højde. Fig. K

Det forudsættes, at havvindmøllen er udstyret med intern el-net for 3 x 400 volt, som dog først er aktiveret, når havvindmøllen er forbundet med et eksisterende højspændingsnet i land.

Efter sænkning på ralpuden forbliver 1 stk. slæbebåd ved havvindmøllen med et mobilt dieselelektrisk aggregat, som kan forsyne havvindmøllens interne el-net. Hermed aktiveres også elevatorer i tårnets faste og bevægelige del.

Slæbebåden medbringer et mobilt elektrohydraulisk aggregat, som leverer trykolie til den hydrauliske hæve/sænke mekanisme, som er placeret øverst i tårnets faste del.

Når det indre tårn med vindturbinen er hævet, og skudrigleme dels i den bevægelige ring samt øverst i den faste tåmdel er låst i huller i det bevægelige tårn, kan de to tåmdele stormsikres f.eks. med kilede og boltede forbindelser mellem flanger i yderrør og inderrørets klædning. Disse forbindelser udføres så de kan adskilles, når vindturbinen igen skal sænkes for reparation eller ombygning - på standplads eller i havn.

Slæbebåden returnerer med aggregater, som losses på en passende kaj.

DK 2010 00188 U3

FIGURFORTEGNELSE

Fig, A Den bærende konstruktion.

Fig. B Stålfundament.

Fig. C Teleskopisk tårn. Sektioner.

Fig. D Stålfundament som transportflåde.

Fig. E Flydekran teleskopisk.

Fig. F Tåmsektioner fra stålfundament til flydekranens dæk.

Fig. G Montage af sektioner og moduler.

Fig. H Afprøvet havvindmølle - klar til bugsering.

Fig. 1 Bugsering - fra havn til standplads.

Fig. J Sænkning på standplads.

Fig. K På standplads med hævet vindturbine.

Claims (5)

1. DK 2010 00188 U3 BRUGSMODELKRAV Krav nr. 1 En bærende konstruktion for en hawindmølle kendetegnet ved et samlet stålfundament for direkte fladefundering kombineret med et teleskopisk tårn opdelt i n stk. ydre og η + 1 stk. indre rørsektio-ner, der kan boltes sammen, som vist på fig. A. Krav nr.
2. 2 En bærende konstruktion — ifølge krav nr. 1 - kendetegnet ved et samlet stålfundament opbygget af en rørformet lodret stub, 8 stk. kassedragere og 8 stk. ståltanke, overfladebehandlet og sammensvejst omkring stubben til en ottekantet flåde, som vist på fig. B Krav nr.
3. 3 En bærende konstruktion — ifølge krav nr. 1 - kendetegnet ved et teleskopisk tårn opdelt i n stk. ydre rørsektioner og n + 1 stk. indre rørsektioner. Den nederste ydre rørsektion er boltet til stubbens øvre flange. Den nederste indre rørsektion er placeret i stubbens ringformede styr og hviler på stubbens bund. Krav nr.
4. 4 En bærende konstruktion - ifølge krav nr. 1 - kendetegnet ved et teleskopisk tårn, der kan samles i havn i lav højde med de indre rørsektioner inden i og styret af de ydre rørsektioner, som vist på fig. C. Krav nr,
5. 5 En bærende konstruktion - ifølge krav nr. 1 - kendetegnet ved at hele det indre rør kan hæves og sænkes med en hydraulisk mekanisme placeret øverst i det ydre rør, som vist på fig. C. DK 2010 00188 U3 FlC-i. A

   DK 2010 00188 U3

   ~ίί\μ.«. B 5tÅ. l- T~~i J t | I ‘ T ' I I I i I I! i l l 1 1 I t l 1 i i I I- I ί I- I I 1 __Y_ A

   DK 2010 00188 U3

   DK 2010 00188 U3

   DK 2010 00188 U3

   i- LY D 'c l< RA W - tit Le sko pis < DK 2010 00188 U3

   DK 2010 00188 U3

   H,

   5eiCT(o*0ee oc, H.O £> ii L 'S TS . DK 2010 00188 U3

   APPRdx/ET H A'V Vi Μ'D M 4 L Lt -Klar t<l buc,servncv DK 2010 00188 U3

   B U Ct $ E R \ N C-ι - FRA HAVN TU STANDPLADS DK 2010 00188 U3

   SÆNKNtNC, PÅ STA MO PLADS. DK 2010 00188 U3

   PA PLA.05 ’<vi/ M/e-vet viVJ9TOE..&n4e· \-loOD