EP4158189A1 - Procédé et système de mise en tension d'un système hyperstatique - Google Patents

Procédé et système de mise en tension d'un système hyperstatique

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Publication number
EP4158189A1
EP4158189A1 EP21732434.2A EP21732434A EP4158189A1 EP 4158189 A1 EP4158189 A1 EP 4158189A1 EP 21732434 A EP21732434 A EP 21732434A EP 4158189 A1 EP4158189 A1 EP 4158189A1
Authority
EP
European Patent Office
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adjustable
tendon
tendons
upper structure
tension
Prior art date
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Pending
Application number
EP21732434.2A
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German (de)
English (en)
Inventor
Mathieu AUPERIN
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Saipem SA
Original Assignee
Saipem SA
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F03D13/25—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors specially adapted for offshore installation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B77/00—Transporting or installing offshore structures on site using buoyancy forces, e.g. using semi-submersible barges, ballasting the structure or transporting of oil-and-gas platforms
    • B63B77/10—Transporting or installing offshore structures on site using buoyancy forces, e.g. using semi-submersible barges, ballasting the structure or transporting of oil-and-gas platforms specially adapted for electric power plants, e.g. wind turbines or tidal turbine generators
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    • B63B2035/4433—Floating structures carrying electric power plants
    • B63B2035/446—Floating structures carrying electric power plants for converting wind energy into electric energy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B2241/00—Design characteristics
    • B63B2241/02—Design characterised by particular shapes
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    • B63B2241/08—Design characterised by particular shapes by particular cross sections polygonal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/727—Offshore wind turbines

Definitions

  • the invention relates to the general field of tensioning a hyperstatic system made up of two structures interconnected by tendons.
  • an offshore wind turbine uses the energy of the wind to produce electricity through a turbine and an electric generator.
  • stationary wind turbines which are located on the seabed (at shallow depths typically less than 50m)
  • floating wind turbines which offer the advantage of being able to be built on land and anchored in areas where the depth of the seabed typically exceeds 50m.
  • Floating wind turbines comprise a turbine generally formed by a motor with several rotating blades with a horizontal axis and an electric generator coupled to the motor, the motor and the generator being fixed to an upper end of a vertical mast (or pylon).
  • the lower end of the mast is itself mounted on a floating support structure (or float).
  • certain offshore wind turbines to which the invention applies comprise a floating support structure having a float intended to be partly submerged and on which a wind turbine mast is intended to be assembled, and a counterweight connected to the float by a plurality of retaining tendons and intended to be submerged under the float.
  • each retaining tendon must resume in static the same voltage, i.e. a little more than the 6 th of the suspended weight (due to the driving of the retaining tendons angle which is not vertical).
  • the object of the present invention is therefore to propose a method for putting under tension a hyperstatic system composed of two structures interconnected by tendons which makes it possible to guarantee that the calculated forces in the tendons are not exceeded during the lifting phase. .
  • this object is achieved by virtue of a method of tensioning a hyperstatic system comprising two structures connected to one another, the method comprising successively:
  • step a) consisting, by means of at least one non-adjustable tendon and at least one adjustable tendon formed of a tendon coupled to a jack in the initially retracted position, in connecting an upper structure resting on an upper support than a lower structure positioned below the upper structure while maintaining zero tension in the tendons;
  • a step b) consisting in applying a force to the upper structure and / or the lower structure to tension each adjustable tendon and deploy their respective jack, the tension of each non-adjustable tendon remaining zero;
  • step c) consisting in gradually increasing the force on the upper structure and / or the lower structure until the tension of each non-adjustable tendon reaches a threshold value resulting in a transfer of load from the lower structure to the upper structure so as to allow support of the lower structure by the upper structure.
  • the method according to the invention is remarkable in that it makes it possible to distribute the load, as calculated, between the various retaining tendons in order to guarantee the correct tensions therein.
  • the method according to the invention also makes it possible to overcome the problems of excessively strict manufacturing tolerance on the tendons but also on the upper and lower structures. It also allows the tension in each tendon to be imposed and then controlled during lifting.
  • the method according to the invention makes it possible not to over-dimension the elements in order to overcome possible errors in manufacturing, measurement or assembly uncertainties. It also makes it possible to dispense with the monitoring of the tensions in the tendons insofar as it is possible to guarantee that after lifting, nothing will change over time.
  • the method may include an additional step e) consisting in locking the jack of each adjustable tendon in position.
  • the method can comprise another additional step e) consisting in recovering the jack of each adjustable tendon.
  • each adjustable tendon has, when its jack is in the retracted position, a minimum length which is less than the length of each tendon. non-adjustable, and, when its cylinder is in the deployed position, a maximum length which is greater than that of each non-adjustable tendon.
  • Step a) can advantageously be carried out by means of at least three non-adjustable tendons so as to allow isostatic support of the lower structure, the threshold value of the non-adjustable tendons being a predefined value.
  • Step b) can be carried out by applying a lifting force to the upper structure relative to the lower structure, the latter taking off from its lower support as soon as the tension of the non-adjustable tendons reaches the threshold value during the 'step c).
  • the lifting force of step b) can be applied by means of an external crane or by de-ballasting the upper structure which will have been initially submerged and ballasted.
  • the lower structure may initially rest on a fixed lower support which is formed by the seabed or by a fixed stool resting on the seabed.
  • Step b) can be carried out by applying a force to lower the lower structure under the upper structure.
  • the lower structure may initially rest on a movable lower support which is formed by a stool mounted on jacks or by a submersible floating support structure or by an attachment system of a lifting crane.
  • Another subject of the invention is the application of the method as defined above to the lifting of the structure of a float for an offshore wind turbine, in particular to the lifting of a hexagonal or octagonal structure of a float for an offshore wind turbine.
  • a further subject of the invention is a system for tensioning a hyperstatic system comprising two structures connected to one another, the system comprising:
  • each adjustable tendon can be a cylinder controlled in predetermined pressure, preferably using a hydraulic unit or a large volume pressure accumulator or a pressure limiter or a preloaded spring. of low stiffness.
  • Each adjustable tendon may have, when its ram is in the retracted position, a minimum length which is less than the length of each non-adjustable tendon, and, when its ram is in the deployed position, a maximum length which is greater than that of each tendon. not adjustable.
  • FIG. 1 is a schematic view of an example of an initial step of the tensioning method according to the invention.
  • FIG. 2 is a diagram of step a) consisting in connecting the upper structure to the lower structure positioned below the upper structure in accordance with the method according to the invention.
  • FIG. 3 is a diagram of step b) consisting in applying a force to the upper structure and / or the lower structure in accordance with the method according to the invention.
  • FIG. 4 is a diagram of step c) consisting in gradually increasing the force on the upper structure and / or the lower structure in accordance with the method according to the invention.
  • FIG. 5 shows schematically an additional step consisting in removing the upper structure and locking the adjustable tendons.
  • FIG. 6 shows diagrammatically another additional step then consisting in recovering the jack of each adjustable tendon.
  • FIGS. 7A to 7C schematically represent different steps of an example of application of the method according to the invention to the lifting of a hexagonal structure of a float for an offshore wind turbine.
  • the invention applies to the tensioning of any hyperstatic system comprising two structures connected to one another, and more precisely comprising an upper structure and a lower structure positioned below the upper structure.
  • Figures 1 to 6 schematically illustrate the different steps of the tensioning method according to the invention applied to a hyperstatic system 1 at least partly submerged at sea.
  • FIG. 1 thus represents the initial step a) of the method consisting in connecting an upper structure 2 of the hyperstatic system 1 to a lower structure 4 of the hyperstatic system positioned below the upper structure by means of tendons 6, 8.
  • the upper structure 2 rests on an upper support 10 and the lower structure 4 can rest on a lower support 12, these supports being able to be fixed or mobile.
  • the lower support 12 can for example be formed by the seabed or by a fixed stool resting on the seabed.
  • the lower support 12 can for example be formed by a stool mounted on jacks or by a submersible floating support structure or even by the attachment system of a lifting crane.
  • the lower structure 4 does not rest on any support and has a variable weight (for example by ballasting or deballasting) in order to control its descent towards the seabed.
  • the upper support 10 when it is fixed, it can be formed by the simple push of Archimedes (the upper structure then being partially submerged and floating). When mobile, this upper support can be formed by the attachment system of a lifting crane.
  • This initial step a) of the method is carried out by means of at least one non-adjustable tendon 6 and at least one adjustable tendon 8 (or “fixed” tendon) each connecting the lower structure 4 to the upper structure 2 (on the left).
  • each adjustable tendon 8 is connected to the rod of a jack 8a assembled on the upper structure 2 to form an adjustable tendon within the meaning of the invention.
  • the non-adjustable tendons 6 and the adjustable tendons 8 are in a relaxed state (i.e. the tension of each tendon is zero).
  • the cylinders 8a of the adjustable tendons are in abutment in the retracted position.
  • the next step b) of the tensioning method according to the invention (see FIG. 3) consists in applying a force to the upper structure 2 and / or the lower structure 4 to tension each adjustable tendon and deploy their jack. respective, the tension of each non-adjustable tendon remaining zero.
  • This effort consists of an effort to move the structures 2, 4 away from each other, that is to say to increase the distance d between them.
  • This force can thus consist of a lifting force of the upper structure 2 relative to the lower structure 4 (for example by means of an external lifting crane or by de-ballasting the upper structure which will have been initially submerged and ballasted) .
  • this force can consist of a lowering force of the lower structure 4 under the upper structure 2 (for example by lowering the lower structure by means of a stool mounted on jacks or by a submersible floating support structure on which the lower structure rests).
  • step b) the adjustable tendons 8 are put under tension by this force, and the rods of the jacks 8a associated with these tendons are deployed.
  • This step b) continues, preferably with constant force, as long as the tension in the non-adjustable tendons 6 remains zero.
  • the lower structure 4 remains stationary on its lower support 12 because the resultant of the tensions of the adjustable tendons 8 is deliberately insufficient to lift it from its lower support.
  • the next step c) of the tensioning method according to the invention (see FIG. 4) consists in progressively continuing to increase the force on the upper structure and / or the lower structure until the tension of each non-adjustable tendon 6 reaches a threshold value leading to a transfer of load from the lower structure 4 to the upper structure 2.
  • the distance d_ 'separating the upper structure 2 from the lower structure 4 increases further until the non-adjustable tendons 6 stretch and their tension reaches a threshold value.
  • a load transfer takes place from the lower structure 4 to the upper structure 2 so as to allow the lower structure to be supported by the upper structure.
  • the lower structure 4 rises from its lower support 12 (shown diagrammatically by the distance e in FIG. 4) and is now fully suspended from the upper structure 2.
  • the lower support 12 is an attachment system for a lifting crane or the lower structure does not rest on any support, then there is no detachment of the lower structure but a gradual and complete transfer. from the tension of the lower support towards the upper structure 2.
  • step d) illustrated in FIG. 5 provision is made to lock the jack 8a of each adjustable tendon 8 in position.
  • the lower structure 4 remains suspended from the upper structure 2 (its lower support having been removed if necessary), while the upper structure rests on its upper support 10.
  • the upper end 8b of the adjustable tendons 8 is locked in position on the upper structure (an operation during which the tension in the adjustable tendons does not vary).
  • the jacks 8a can then be depressurized, then disconnected from the adjustable tendons.
  • the jacks are then deposited and recovered.
  • the value of the tension in the non-adjustable tendons depends on several factors: arrangement of their point of connection on the lower structure in relation to the center of gravity of this one, number of non-adjustable tendons, and stiffness of the tendons. non-adjustable tendons.
  • the structure of the float is a hexagonal-shaped structure as described in detail in publication WO 2019/106283.
  • this float structure could have another shape, in particular polygonal, such as for example an octagonal shape.
  • step a) of the tensioning process the structure of the float 2 (ie upper structure) is partially submerged in the sea and is connected to a counterweight 4 (ie lower structure) positioned under the structure of the float.
  • connection between the structure of the float and the counterweight is here made by means of three non-adjustable tendons 6 and three adjustable tendons 8 each connected to a jack 8a, the tendons 6, 8 each being connected to one of the vertices of the hexagon by alternating adjustable tendon / non-adjustable tendon.
  • Each adjustable tendon 8 here has the particularity of having, when its cylinder 8a is in the retracted position, a minimum length which is less than the length of each non-adjustable tendon 6, and, when its cylinder is in the deployed position, a maximum length which is greater than that of each non-adjustable tendon.
  • T W / (nx cos (a)) where n is the total number of tendons 6, 8, W is the total weight of the counterweight 4 and all the tendons, and a is the angle of attack of the tendons adjustable from the vertical.
  • step b) of the tensioning process illustrated by FIG. 7B is carried out by applying a lifting force to the structure float 2 relative to the counterweight 4 (for example by means of an external crane not shown in the figures).
  • step b the distance d between the float structure 2 and the counterweight 4 increases and the tension of the non-adjustable tendons 6 remains zero.
  • step c) the force on the float structure 2 is gradually increased until the tension of each non-adjustable tendon 6 reaches the predefined threshold value T mentioned above. -above.
  • step b) can be applied by de-ballasting the float structure 2 which will have been initially submerged and ballasted.
  • the lifting force of step b) can be applied by lowering the counterweight 4 under the float structure 2, for example by activating a stool mounted on jacks on which the counterweight initially rests or by a submersible floating support structure supporting the counterweight or by a lifting crane or by varying the weight of the counterweight.

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Abstract

Procédé et système de mise en tension d'un système hyperstatique L'invention concerne un procédé et système de mise en tension d'un système hyperstatique (1) comprenant deux structures connectées entre elles, le procédé comprenant: une étape a) consistant, au moyen d'au moins un tendon non ajustable (6) et d'au moins un tendon ajustable (8) formé d'un tendon couplé à un vérin (8a) en position initialement rétractée, à connecter une structure supérieure (2) à une structure inférieure (4) positionnée en-dessous de la structure supérieure en maintenant une tension nulle dans les tendons; une étape b) consistant à appliquer un effort sur la structure supérieure et/ou la structure inférieure pour mettre en tension chaque tendon ajustable et déployer leur vérin respectif, la tension de chaque tendon non ajustable restant nulle; et une étape c) consistant à augmenter progressivement l'effort jusqu'à ce que la tension de chaque tendon non ajustable atteigne une valeur de seuil entraînant un transfert de charge de la structure inférieure vers la structure supérieure de façon à permettre un supportage de la structure inférieure par la structure supérieure.

Description

Description
Titre de l'invention : Procédé et système de mise en tension d'un système hyperstatique
Domaine Technique
L'invention se rapporte au domaine général de la mise en tension d'un système hyperstatique composé de deux structures reliées entre elles par des tendons.
Technique antérieure
Une éolienne offshore a pour but d'utiliser l'énergie du vent afin de produire de l'électricité grâce à une turbine et à un générateur électrique. Il existe deux principaux types d'éoliennes offshore : les éoliennes fixes qui sont implantées sur les fonds marins (à de faibles profondeurs typiquement inférieures à 50m), et les éoliennes flottantes qui offrent l'avantage de pouvoir être construites sur terre et ancrées dans des zones où la profondeur des fonds marins dépasse typiquement 50m.
Les éoliennes flottantes comprennent une turbine généralement formée par un moteur à plusieurs pales rotatives à axe horizontal et un générateur électrique accouplé au moteur, le moteur et le générateur étant fixés à une extrémité supérieure d'un mât (ou pylône) vertical. L'extrémité inférieure du mât est quant à elle montée sur une structure de support flottant (ou flotteur).
Plus précisément, certaines éoliennes offshores auxquelles s'applique l'invention comprennent une structure de support flottant ayant un flotteur destiné à être en partie immergé et sur lequel est destiné à être assemblé un mât d'éolienne, et un contrepoids relié au flotteur par une pluralité de tendons de retenue et destiné à être immergé sous le flotteur.
On pourra par exemple se référer à la publication WO 2019/106283 qui décrit un flotteur d'éolienne offshore qui comprend notamment une structure de forme torique ou polygonale destinée à être immergée et un contrepoids destiné à être immergé sous la structure et relié à celle-ci par des tendons de retenue. Cette publication décrit également plusieurs procédés d'installation d'une éolienne offshore équipée d'un tel flotteur. Dans certaines variantes de réalisation d'un tel procédé, le contrepoids est descendu sous le flotteur jusqu'à ce que les tendons de retenue soient tendus. Dans d'autres variantes de réalisation du procédé d'installation, c'est au contraire le flotteur qui est levé par rapport au contrepoids jusqu'à ce que les tendons de retenue soient tendus.
Dans ces variantes d'installation, il est nécessaire de régler le problème de répartition des charges dans les différents tendons de retenue du contrepoids. Par exemple, lorsque le flotteur présente une forme hexagonale reliée par 6 tendons de retenue à un contrepoids pesant dans l'eau entre 1500 et 3000 tonnes-force et immergé à plusieurs dizaines de mètres sous le flotteur, chaque tendon de retenue doit reprendre en statique la même tension, à savoir un peu plus que le 6eme du poids suspendu (du fait de l'angle d'attaque des tendons de retenue qui n'est pas vertical).
Le système assemblé étant très raide et hyperstatique, la répartition des tensions dans les tendons est très sensible aux tolérances de fabrication. En effet, quelques centimètres d'erreur suffisent à sur-tendre ou détendre un tendon de retenue. Or, cela n'est pas acceptable pour le design de la structure du flotteur.
Exposé de l'invention
La présente invention a donc pour but de proposer un procédé de mise en tension d'un système hyperstatique composé de deux structures reliées entre elles par des tendons qui permette de garantir que les efforts calculés dans les tendons ne soient pas dépassés pendant la phase de levage.
Conformément à l'invention, ce but est atteint grâce à un procédé de mise en tension d'un système hyperstatique comprenant deux structures connectées entre elles, le procédé comprenant successivement :
- une étape a) consistant, au moyen d'au moins un tendon non ajustable et d'au moins un tendon ajustable formé d'un tendon couplé à un vérin en position initialement rétractée, à connecter une structure supérieure reposant sur un support supérieur à une structure inférieure positionnée en-dessous de la structure supérieure en maintenant une tension nulle dans les tendons ;
- une étape b) consistant à appliquer un effort sur la structure supérieure et/ou la structure inférieure pour mettre en tension chaque tendon ajustable et déployer leur vérin respectif, la tension de chaque tendon non ajustable restant nulle ; et
- une étape c) consistant à augmenter progressivement l'effort sur la structure supérieure et/ou la structure inférieure jusqu'à ce que la tension de chaque tendon non ajustable atteigne une valeur de seuil entraînant un transfert de charge de la structure inférieure vers la structure supérieure de façon à permettre un supportage de la structure inférieure par la structure supérieure.
Le procédé selon l'invention est remarquable en ce qu'il permet de répartir comme calculé la charge entre les différents tendons de retenue pour garantir les bonnes tensions dans ceux-ci.
Le procédé selon l'invention permet également de s'affranchir des problèmes de tolérance de fabrication trop stricts sur les tendons mais aussi sur les structures supérieure et inférieure. Il permet en outre d'imposer puis de contrôler la tension dans chaque tendon pendant le levage.
De plus, le procédé selon l'invention permet de ne pas sur-dimensionner les éléments pour pallier des erreurs possibles de fabrication, de mesure ou des incertitudes d'assemblage. Il permet encore de s'affranchir de la surveillance des tensions dans les tendons dans la mesure où il est possible de garantir qu'après levage, rien n'évoluera dans le temps.
Le procédé peut comprendre une étape supplémentaire e) consistant à verrouiller en position le vérin de chaque tendon ajustable. Dans ce cas, le procédé peut comprendre une autre étape supplémentaire e) consistant à récupérer le vérin de chaque tendon ajustable.
De préférence, chaque tendon ajustable présente, lorsque son vérin est en position rétractée, une longueur minimale qui est inférieure à la longueur de chaque tendon non ajustable, et, lorsque son vérin est en position déployée, une longueur maximale qui est supérieure à celle de chaque tendon non ajustable.
L'étape a) peut avantageusement être réalisée au moyen d'au moins trois tendons non ajustables de façon à permettre un supportage isostatique de la structure inférieure, la valeur de seuil des tendons non ajustables étant une valeur prédéfinie.
L'étape b) peut être réalisée en appliquant un effort de levage de la structure supérieure par rapport à la structure inférieure, celle-ci décollant de son support inférieur dès que la tension des tendons non ajustables atteint la valeur de seuil au cours de l'étape c).
Dans ce cas, l'effort de levage de l'étape b) peut être appliqué au moyen d'une grue externe ou en dé-ballastant la structure supérieure qui aura été initialement immergée et ballastée.
Toujours dans ce cas, la structure inférieure peut reposer initialement sur un support inférieur fixe qui est formé par le fond marin ou par un tabouret fixe reposant sur le fond marin.
L'étape b) peut être réalisée en appliquant un effort de descente de la structure inférieure sous la structure supérieure.
Dans ce cas, la structure inférieure peut reposer initialement sur un support inférieur mobile qui est formé par un tabouret monté sur vérins ou par une structure submersible de support flottant ou par un système d'attache d'une grue de levage.
L'invention a également pour objet l'application du procédé tel que défini précédemment au levage de la structure d'un flotteur pour éolienne offshore, en particulier au levage d'une structure hexagonale ou octogonale d'un flotteur pour éolienne offshore.
Dans cette application, l'étape a) est avantageusement mise en œuvre au moyen d'au plus trois tendons non ajustables et d'au moins trois tendons ajustables, la valeur de seuil des tendons non ajustables étant une valeur prédéfinie donnée par l'équation : T = W / (n x cos (a)) dans laquelle n est le nombre total de tendons, W est le poids total de la structure inférieure et de l'ensemble des tendons, et a est l'angle d'attaque des tendons ajustables par rapport à la verticale. L'invention a encore pour objet un système de mise en tension d'un système hyperstatique comprenant deux structures connectées entre elles, le système comprenant :
- au moins un tendon ajustable formé d'un tendon couplé à un vérin et au moins un tendon non ajustable pour connecter une structure supérieure reposant sur un support supérieur à une structure inférieure positionnée en- dessous de la structure supérieure ; et
- des moyens pour appliquer un effort sur la structure supérieure et/ou la structure inférieure afin de mettre en tension les tendons.
Le vérin de chaque tendon ajustable peut être un vérin piloté en pression prédéterminée, à l'aide de préférence, d'une centrale hydraulique ou d'un accumulateur de pression à grand volume ou d'un limiteur de pression ou d'un ressort précontraint de faible raideur.
Chaque tendon ajustable peut présenter, lorsque son vérin est en position rétractée, une longueur minimale qui est inférieure à la longueur de chaque tendon non ajustable, et, lorsque son vérin est en position déployée, une longueur maximale qui est supérieure à celle de chaque tendon non ajustable.
Brève description des dessins
[Fig. 1] La figure 1 est une vue schématique d'un exemple d'étape initiale du procédé de mise en tension selon l'invention.
[Fig. 2] La figure 2 schématise l'étape a) consistant à connecter la structure supérieure à la structure inférieure positionnée en-dessous de la structure supérieure conformément au procédé selon l'invention.
[Fig. 3] La figure 3 schématise l'étape b) consistant à appliquer un effort sur la structure supérieure et/ou la structure inférieure conformément au procédé selon l'invention.
[Fig. 4] La figure 4 schématise l'étape c) consistant à augmenter progressivement l'effort sur la structure supérieure et/ou la structure inférieure conformément au procédé selon l'invention. [Fig. 5] La figure 5 schématise une étape supplémentaire consistant à déposer la structure supérieure et verrouiller les tendons ajustables.
[Fig. 6] La figure 6 schématise une autre étape supplémentaire consistant ensuite à récupérer le vérin de chaque tendon ajustable.
[Fig. 7A-7C] Les figures 7A à 7C représentent de façon schématique différentes étapes d'un exemple d'application du procédé selon l'invention au levage d'une structure hexagonale d'un flotteur pour éolienne offshore.
Description des modes de réalisation
De manière générale, l'invention s'applique au tensionnement de tout système hyperstatique comprenant deux structures reliées entre elles, et plus précisément comprenant une structure supérieure et une structure inférieure positionnée en- dessous de la structure supérieure.
Les figures 1 à 6 illustrent de façon schématique les différentes étapes du procédé de mise en tension selon l'invention appliqué à un système hyperstatique 1 au moins en partie immergée en mer.
La figure 1 représente ainsi l'étape a) initiale du procédé consistant à connecter une structure supérieure 2 du système hyperstatique 1 à une structure inférieure 4 du système hyperstatique positionnée en-dessous de la structure supérieure au moyen de tendons 6, 8.
Plus précisément, dans cette étape a), la structure supérieure 2 repose sur un support supérieur 10 et la structure inférieure 4 peut reposer sur un support inférieur 12, ces supports pouvant être fixes ou mobiles.
Dans le cas d'un support fixe, le support inférieur 12 peut par exemple être formé par le fond marin ou par un tabouret fixe reposant sur le fond marin.
Alternativement, dans le cas d'un support mobile, le support inférieur 12 peut par exemple être formé par un tabouret monté sur vérins ou par une structure submersible de support flottant ou encore par le système d'attache d'une grue de levage. Encore alternativement, la structure inférieure 4 ne repose sur aucun support et possède un poids variable (par exemple par ballastage ou déballastage) afin de contrôler sa descente vers le fond marin.
Quant au support supérieur 10, lorsqu'il est fixe, il peut être formé par la simple poussée d'Archimède (la structure supérieure étant alors partiellement immergée et flottante). Lorsqu'il est mobile, ce support supérieur peut être formé par le système d'attache d'une grue de levage.
Cette étape initiale a) du procédé est réalisée au moyen d'au moins un tendon non ajustable 6 et d'au moins un tendon ajustable 8 (ou tendon « fixe ») reliant chacun la structure inférieure 4 à la structure supérieure 2 (sur l'exemple de réalisation de la figure 1, il est prévu trois tendons non ajustables 6 et deux tendons ajustables 8).
Au cours de cette étape a) illustrée par la figure 2, chaque tendon ajustable 8 est raccordé à la tige d'un vérin 8a assemblé sur la structure supérieure 2 pour former un tendon ajustable au sens de l'invention.
A ce stade initial du procédé, les tendons non ajustables 6 et les tendons ajustables 8 sont dans un état détendu (i.e. la tension de chaque tendon est nulle). De plus, les vérins 8a des tendons ajustables sont en butée en position rétractée.
L'étape b) suivante du procédé de mise en tension selon l'invention (voir la figure 3) consiste à appliquer un effort sur la structure supérieure 2 et/ou la structure inférieure 4 pour mettre en tension chaque tendon ajustable et déployer leur vérin respectif, la tension de chaque tendon non ajustable restant nulle.
Cet effort consiste en un effort pour éloigner les structures 2, 4 l'une de l'autre, c'est-à-dire pour augmenter la distance d qui les sépare.
Cet effort peut ainsi consister en un effort de levage de la structure supérieure 2 par rapport à la structure inférieure 4 (par exemple au moyen d'une grue de levage externe ou en dé-ballastant la structure supérieure qui aura été initialement immergée et ballastée).
Alternativement (ou en complément), cet effort peut consister en un effort de descente de la structure inférieure 4 sous la structure supérieure 2 (par exemple en abaissant la structure inférieure au moyen d'un tabouret monté sur vérins ou par une structure submersible de support flottant sur lesquels repose la structure inférieure).
Au cours de cette étape b), les tendons ajustables 8 sont mis en tension par cet effort, et les tiges des vérins 8a associés à ces tendons se déploient. Cette étape b) se poursuit, de préférence à effort constant, tant que la tension dans les tendons non ajustables 6 reste nulle.
Au cours de cette étape b), la structure inférieure 4 reste immobile sur son support inférieur 12 car la résultante des tensions des tendons ajustables 8 est volontairement insuffisante pour la soulever de son support inférieur.
L'étape c) suivante du procédé de mise en tension selon l'invention (voir la figure 4) consiste à continuer d'augmenter progressivement l'effort sur la structure supérieure et/ou la structure inférieure jusqu'à ce que la tension de chaque tendon non ajustable 6 atteigne une valeur de seuil entraînant un transfert de charge de la structure inférieure 4 vers la structure supérieure 2.
Plus précisément, au cours de cette étape c), la distance d_' séparant la structure supérieure 2 de la structure inférieure 4 augmente encore jusqu'à ce que les tendons non ajustables 6 se tendent et que leur tension atteigne une valeur de seuil.
A l'issue de cette étape c), un transfert de charge s'opère de la structure inférieure 4 vers la structure supérieure 2 de façon à permettre un supportage de la structure inférieure par la structure supérieure.
En d'autres termes, la structure inférieure 4 se soulève de son support inférieur 12 (schématisé par la distance e sur la figure 4) et est à présent entièrement suspendue à la structure supérieure 2.
Dans le cas particulier où le support inférieur 12 est un système d'attache d'une grue de levage ou que la structure inférieure ne repose sur aucun support, il n'y a alors pas décollement de la structure inférieure mais un transfert progressif et complet de la tension du support inférieur vers la structure supérieure 2.
Il est à noter que la tension dans les tendons ajustables 8 est toujours imposée par les vérins 8a à effort constant, et la valeur de cette tension est parfaitement connue et maîtrisée. Les figures 5 et 6 illustrent des étapes supplémentaires pouvant également être mises en œuvre.
Ainsi, au cours d'une étape supplémentaire d) illustrée à la figure 5, il est prévu de verrouiller en position le vérin 8a de chaque tendon ajustable 8.
A cet effet, la structure inférieure 4 reste suspendue à la structure supérieure 2 (son support inférieur ayant été retiré le cas échéant), tandis que la structure supérieure repose sur son support supérieur 10.
L'extrémité supérieure 8b des tendons ajustables 8 est verrouillée en position sur la structure supérieure (opération au cours de laquelle la tension dans les tendons ajustables ne varie pas). Les vérins 8a peuvent alors être dépressurisés, puis déconnectés des tendons ajustables.
Au cours de l'étape supplémentaire e) illustrée par la figure 6, les vérins sont alors déposés et récupérés.
Il est à noter que la valeur de la tension dans les tendons non ajustables dépend de plusieurs facteurs : disposition de leur point de connexion sur la structure inférieure par rapport au centre de gravité de celle-ci, nombre de tendons non ajustables, et raideur des tendons non ajustables.
En particulier, si l'on souhaite connaître et maîtriser la tension dans les tendons non ajustables, il conviendra de choisir un nombre et une disposition de tendons ajustables tels que le supportage de la structure inférieure par les seuls tendons non ajustables soit isostatique.
Il est toutefois parfaitement possible d'envisager un supportage de la structure inférieure par les seuls tendons non ajustables qui soit hyperstatique, notamment pour limiter le nombre de vérins.
En liaison avec les figures 7A à 7C, on décrira maintenant l'application du procédé de mise en tension selon l'invention au levage de la structure d'un flotteur pour éolienne offshore.
Dans cet exemple d'application, la structure du flotteur est une structure de forme hexagonale telle que décrite en détails dans la publication WO 2019/106283. Bien entendu, cette structure de flotteur pourrait avoir une autre forme notamment polygonale, comme par exemple une forme octogonale.
Comme représenté sur la figure 7 A, au cours de l'étape a) du procédé de mise en tension, la structure du flotteur 2 (i.e. structure supérieure) est partiellement immergée en mer et est connectée à un contrepoids 4 (i.e. structure inférieure) positionné sous la structure du flotteur.
Dans cette étape initiale a), le contrepoids 4 repose directement sur le fond marin 14 (qui forme ainsi le support inférieur).
Par ailleurs, la connexion entre la structure du flotteur et le contrepoids est ici réalisée au moyen de trois tendons non ajustables 6 et de trois tendons ajustables 8 reliés chacun à un vérin 8a, les tendons 6, 8 étant chacun relié à l'un des sommets de l'hexagone en alternant tendon ajustable / tendon non ajustable.
Chaque tendon ajustable 8 présente ici la particularité de présenter, lorsque son vérin 8a est en position rétractée, une longueur minimale qui est inférieure à la longueur de chaque tendon non ajustable 6, et, lorsque son vérin est en position déployée, une longueur maximale qui est supérieure à celle de chaque tendon non ajustable.
De plus, la présence de trois tendons non ajustables 8 permet d'obtenir un supportage isostatique de la structure inférieure par la structure supérieure.
Dans ce cas, et comme expliqué précédemment, il est possible de connaître et maîtriser la valeur de seuil des tendons non ajustables, cette valeur étant alors une valeur prédéfinie donnée par l'équation :
T = W / (n x cos (a)) dans laquelle n est le nombre total de tendons 6, 8, W est le poids total du contrepoids 4 et de l'ensemble des tendons, et a est l'angle d'attaque des tendons ajustables par rapport à la verticale.
Toujours dans cet exemple d'application, l'étape b) du procédé de mise en tension illustrée par la figure 7B est réalisée en appliquant un effort de levage de la structure de flotteur 2 par rapport au contrepoids 4 (par exemple au moyen d'une grue externe non représentée sur les figures).
Au cours de cette étape b), la distance d entre la structure de flotteur 2 et le contrepoids 4 augmente et la tension des tendons non ajustables 6 reste nulle. Au cours de l'étape c) suivante (voir la figure 7C), l'effort sur la structure de flotteur 2 est progressivement augmenté jusqu'à ce que la tension de chaque tendon non ajustable 6 atteigne la valeur de seuil prédéfinie T mentionnée ci-dessus.
A l'issue de cette étape c), la distance d_' entre la structure de flotteur 2 et le contrepoids 4 a encore augmenté, et le contrepoids a décollé du fond marin 14 (décollage schématisé par la distance e).
En variante, on notera que l'effort de levage de l'étape b) pourra être appliqué en dé-ballastant la structure de flotteur 2 qui aura été initialement immergée et ballastée.
En variante également, on notera que l'effort de levage de l'étape b) pourra être appliqué en faisant descendre le contrepoids 4 sous la structure de flotteur 2, par exemple en activant un tabouret monté sur vérins sur lequel repose initialement le contrepoids ou par une structure submersible de support flottant supportant le contrepoids ou encore par une grue de levage ou encore en faisant varier le poids du contrepoids.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé de mise en tension d'un système hyperstatique (1) comprenant deux structures connectées entre elles, le procédé comprenant successivement :
- une étape a) consistant, au moyen d'au moins un tendon non ajustable (6) et d'au moins un tendon ajustable (8) formé d'un tendon couplé à un vérin (8a) en position initialement rétractée, à connecter une structure supérieure (2) reposant sur un support supérieur (10) à une structure inférieure (4) positionnée en-dessous de la structure supérieure en maintenant une tension nulle dans les tendons ;
- une étape b) consistant à appliquer un effort sur la structure supérieure et/ou la structure inférieure pour mettre en tension chaque tendon ajustable (8) et déployer leur vérin respectif (8a), la tension de chaque tendon non ajustable restant nulle ; et
- une étape c) consistant à augmenter progressivement l'effort sur la structure supérieure et/ou la structure inférieure jusqu'à ce que la tension de chaque tendon non ajustable (6) atteigne une valeur de seuil entraînant un transfert de charge de la structure inférieure vers la structure supérieure de façon à permettre un supportage de la structure inférieure par la structure supérieure.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, comprenant une étape supplémentaire d) consistant à verrouiller en position le vérin (8a) de chaque tendon ajustable (8).
[Revendication 3] Procédé selon la revendication 2, comprenant une autre étape supplémentaire e) consistant à récupérer le vérin (8a) de chaque tendon ajustable (8).
[Revendication 4] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel chaque tendon ajustable (8) présente, lorsque son vérin (8a) est en position rétractée, une longueur minimale qui est inférieure à la longueur de chaque tendon non ajustable, et, lorsque son vérin est en position déployée, une longueur maximale qui est supérieure à celle de chaque tendon non ajustable.
[Revendication 5] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'étape a) est réalisée au moyen de trois tendons non ajustables (6) de façon à permettre un supportage isostatique de structure inférieure, la valeur de seuil des tendons non ajustables étant une valeur prédéfinie.
[Revendication 6] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'étape b) est réalisée en appliquant un effort de levage de la structure supérieure par rapport à la structure inférieure, celle-ci décollant de son support inférieur dès que la tension des tendons non ajustables atteint la valeur de seuil au cours de l'étape c).
[Revendication 7] Procédé selon la revendication 6, dans lequel l'effort de levage de l'étape b) est appliqué au moyen d'une grue externe.
[Revendication 8] Procédé selon la revendication 6, dans lequel l'effort de levage de l'étape b) est appliqué en dé-ballastant la structure supérieure qui aura été initialement immergée et ballastée.
[Revendication 9] Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel la structure inférieure repose initialement sur un support inférieur (12) fixe qui est formé par le fond marin (14) ou par un tabouret fixe reposant sur le fond marin.
[Revendication 10] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'étape b) est réalisée en appliquant un effort de descente de la structure inférieure sous la structure supérieure.
[Revendication 11] Procédé selon la revendication 10, dans lequel la structure inférieure repose initialement sur un support inférieur (12) mobile qui est formé par un tabouret monté sur vérins ou par une structure submersible de support flottant ou par un système d'attache d'une grue de levage.
[Revendication 12] Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 au levage de la structure d'un flotteur pour éolienne offshore.
[Revendication 13] Application selon la revendication 12 au levage d'une structure hexagonale ou octogonale d'un flotteur pour éolienne offshore, l'étape a) étant mise en œuvre au moyen de trois tendons non ajustables et d'au moins trois tendons ajustables, la valeur de seuil des tendons non ajustables étant une valeur prédéfinie donnée par l'équation : T = W / (n x cos (a)) dans laquelle n est le nombre total de tendons, W est le poids total de la structure inférieure et de l'ensemble des tendons, et a est l'angle d'attaque des tendons ajustables par rapport à la verticale.
[Revendication 14] Système de mise en tension d'un système hyperstatique (1) comprenant deux structures connectées entre elles, le système comprenant :
- au moins un tendon ajustable (8) formé d'un tendon couplé à un vérin (8a) et au moins un tendon non ajustable (6) pour connecter une structure supérieure (2) reposant sur un support supérieur (10) à une structure inférieure (4) positionnée en-dessous de la structure supérieure; et
- des moyens pour appliquer un effort sur la structure supérieure et/ou la structure inférieure afin de mettre en tension les tendons.
[Revendication 15] Système selon la revendication 14, dans lequel le vérin (8a) de chaque tendon ajustable (8) est un vérin piloté en pression prédéterminée, à l'aide de préférence, d'une centrale hydraulique ou d'un accumulateur de pression à grand volume ou d'un limiteur de pression ou d'un ressort précontraint de faible raideur.
[Revendication 16] Système selon l'une des revendications 14 ou 15, dans lequel chaque tendon ajustable (6) présente, lorsque son vérin est en position rétractée, une longueur minimale qui est inférieure à la longueur de chaque tendon non ajustable, et, lorsque son vérin est en position déployée, une longueur maximale qui est supérieure à celle de chaque tendon non ajustable.
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