NL1044094B1 - Systeem en werkwijze voor het aanbrengen van een constructie-element onder water - Google Patents

Abstract

SAMENVATTING De uitvinding verschaft een systeem voor het aanbrengen van een constructie- element onder water, omvattend: - een behuizing (1); - een zuiganker (6) omvattende een pompgedeelte (7) aangebracht in een onderste uiteinde van de behuizing; - een buitenbuis (3) verbonden met een bovenste uiteinde van de behuizing; - een 5 binnenbuis (2) omsloten door en verbonden met de buitenbuis; - een zuiger omvattende een zuigerkop (12) die verschuifbaar is aangebracht in de behuizing tussen het zuiganker (6) en het bovenste uiteinde van de behuizing; - een koppelstuk (25) voor het verbinden van het constructie-element (26) met de zuiger; en - een hydraulisch systeem gekoppeld met de zuigerkop (12) en koppelbaar met het 10 koppelstuk (25) voor het verplaatsen van het koppelstuk en het daarmee verbonden constructie-element ten opzichte van de behuizing. (Fig. 3) 40 1044094

Description

SYSTEEM EN WERKWIJZE VOOR HET AANBRENGEN VAN EEN CONSTRUCTIE-ELEMENT ONDER WATER De onderhavige uitvinding betreft con systeem en ven werkwijze voor het aanbrengen van een constructie-element onder water, Het constroctie-element is bijvoorbeeld zen funderingspaal, con monopile, een geleider (conductor) voor cen boorgat, of een damwand. De monopile kan een fundering vormen voor een windmolen, een boorplatform, tripod, een afmeersysteem, of ven ander bouwwerk in cen offshore omgeving.

ACHTERGROND VAN DE UITVINDING Structuren offshore worden typisch op ecn fundering aangebracht. Deze fundering kan bestaan uit zogenoemde monopiles. De monopiles zijn geschikt voor de installatie van windmolens op de bodem van een meer of zee. Monopiles zijn bijvoorbeeld relatief dunwandige cilindrische buizen met cen diameter in de orde van 3 tot 12 meter, een lengte in de orde van 10 tot 70 meter, en een wanddikte in de orde van 20 tot 30 mm. Dergelijke monopiles zijn geschikt als fundering voor windturbines met vermogens in de orde van 13 MW, Grotere of kleinere windmolens kunnen aangebracht worden op evenredig grotere of kleinere monopiles, Recente ontwikkelingen geven aan dat de windmolens, en daarmee de bijbehorende monopiles, groter worden. Grotere afinetingen dan hierboven aangegeven zijn daarom in de toekomst denkbaar, WO20182312329A1 beschrijft een werkwijze voor het met een schip naar cen locatie transporteren van monopiles en het aanbrengen daarvan op de zeebodem, Het schip is voorzien van kranen om de monopiles in een bepaalde positie te heffen. De monopiles worden vervolgens in de zeebodem gedreven. Het in de zeebodem drijven betreft cchter cen uitdaging. Bijvoorbeeld de instellatie van monopiles tot ongeveer 12 m diameter en 50 mm wanddikte in 28 dichtgepakt zand en cohesieve klei in kleine en grote waterdiepten (van de orde van 1 tot 50 meter, tat waterdieptes groter dan 1 km) over cen penetratiediepte tot ongeveer SO m onder minimale, acceptabele schade van het milieu is met bestaande technieken nagenoeg onmogelijk. Schade aan het milieu betreft hierbij bijvoorbeeld geluidsoverlast voor zeedieren en vervuiling door brandstof en uitlaatgassen. De meest geavanceerde installatietechnicken van dit moment zijn: i

I. Het Hydrohammer systeem van IHC-IQIP BV. (Sliedrecht, Nederland), In hun patentaanvrage EP83200707A wordt het Hydrohammer systeem omschreven als cen hydraulische heimachine voor het in de zeebodem drijven van stalen funderingspalen. Het hydrohammer systeem heeft echter een Tink aantal nadelen, waaronder een relatief hoog geluidsniveau doordat een heiblok als trillingsbron werkt, Dieren kunnen hierdoor doof worden of verdoofd. Het geluidsniveau kan worden verlaagd door gebruikmaking van een luchtbellenscherm rond de constructie, dit is echter complex en verhoogt de kosten aanzienlijk, Er is nog geen hydrohammer beschikbaar voor monopiles met grote diameter (zoals 12 m en hoger) en voor grote penetratiediepten (meer dan 30 meter) in een zeebodem, Het systeem heeft cen relatief lage installatiesnelheid (kleiner dan 5 mm/s). De inzet van kapitaalintensieve kraanschepen en/of ‘Jack Up Vessels’ (“JUV”; zen in hoogte verstelbaar platform voorzien van een bijsinstallatie) is vereist voor het aanbrengen van monopiles. Het systeem heeft relatief hoge operationele kosten door toepassing van kapitaalintensieve kraanschepen, cen relatief groot aantal handelingen, en een relatief grote personele inzet.

2. Blue Piling Technology van IHC-IQIP B.V. (Sliedrecht, Nederland). Ook dit systeem heeft nadelen. Alhoewel het systeem een iets lager geluidsniveau heeft onder water dan het Hydrohammer systeem, is de geluidsdruk nog steeds (te) hoog voor dieren onder water. De inzet van kapitaalintensieve kraanschepen (voorzien van hijsinstallatie) is vereist voor het aanbrengen van de monopiles. Operationele kosten zijn daarnaast relatief hoog door toepassing van kraanschepen, een groot aantal benodigde handelingen en hoge personele inzet. Het systeem heeft relatief lage installatie snelheden. Ten slotte is de penetratiesnelheid voor monopiles met sen diameter van 12 m diameter (wanddikte 50 mm) monopiles nog niet gevalideerd.

3. GBM Works BV, (Utrecht, Nederland) zegt met hun Fluidisation & Vibration concept een stille manier te hebben gevonden om funderingen voor wind- turbines te kunnen plaatsen op zee, In hun patentaanvrage WO2020/207903A1 beschrijft GBM een monopile die aan een uiteinde is voorzien van trilmiddelen en middelen om een vloeistof in lengterichting van de monopile uit te stoten. Het geluidsniveau van dit system ligt lager dan het Hydrohammer en het Blue Piling systeem. Echter door de trilllingsinstallatie aan het uiteinde van de monopile is er nog steeds geluidsdruk, Het fluidisation coucept voor monopiles met grote diameter 2

(bijvoorbeeld 12 m en grater) en grote penetratiediepten (bijvoorbeeld meer dan 20 tot 40 meter) in de zeebodem lijkt nog niet onderzocht. Het is onwaarschijnlijk dat dit systeem de zeer hoge schuifkracht (ca, 13.000 ton bij dichtgepakt zand bij cen Monopile met een 12 m diameter en bij 40 ny penetratiediepte) aan de buitenzijde van de monopile kan overwinnen. Daarnaast is de penctratiesnelheid voor met name monopiles met grotere diameters (orde 12 m diameter en wanddikte 30 mm of groter) nog niet gevalideerd, Ook is de ground na uitgevoerde fluidisation mogelijk instabiel, {Gezien het bovenstaande is er behoefte aan minder vervuilende systemen voor het aanbrengen van fonderingspalen op de zeebodem. Daarnaast is er behoefte aan een alternatief voor de robuuste maar complexe en kapitaalintensieve takelsystemen (kranen) en vaarinigen (kraanschepen) bij de installatie van monopiles, zoals bijvoorbeeld beschreven in WO2019231329A1, Ook is er behoefte aan alternatieven voor de huidige complexe en keptaalintensieve installatietechnologieën.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING De onderhavige uitvinding verschafl cen systeem voor het aanbrengen van een constructie-element onder water, omvattend: - een behuizing; - gen zuiganker omvattende een pompgedeelte aangebracht in een ondersie uiteinde van de behuizing; 29 - cen buitenbuis verbonden met een bovenste uiteinde van de behuizing; - gen binnenbuis omsloten door en verbonden met de buttenbuis; « gen koppelstuk koppelbaar met het constructie-slement; en ~ gen hydraulisch systeem koppelbaar met het koppelstuk voor het verplaatsen van het koppelstuk en het daarmee verbonden constructie-elensent ten opzichte van de behuizing.

In een uitvoeringsvorm omvat het hydraulische systeem een beweegbaar in de behuizing aangebrachte zuipgerkop en cen zuigerbuis die is verbonden met de zuigerkop en die zich uitstrekt en beweegbaar is tussen de binnenbuis en de buitenbuis.

In een uitvoeringsvorm omvat het koppelstuk cen buisvormig lichaam dat losmaakbaar verbonden is met de zuigerbuis via ten minste een eerste commectie- element, waarbij het ten minste ene eerste connectie-element beweegbaar is it cen oversankomstige ten minste een sleuf in de binmenbuis, 3

In een uitvoeringsvorm omvat het koppelstuk ten minste een tweede losmaskbaar connectis-element voor het verbinden van het constructie-element met het buisvormige lichaam van het koppelstuk, In een uitvoeringsvorm omvat het hydraulisch systeem een drukkamer $ aangebracht in de behuizing tussen een onderzijde van de zuigerkop en het zuiganker, In een uitvoeringsvorm omvat het pompcompartiment zen of meer pompen voor het aanpassen van een eerste druk in de drukkamer, In een uitvoeringsvorm omvat het pompcompartiment een of meer pompen voor het aanpassen van cen tweede druk in het zuipanker onder het pompcompartiment.

In een uitvoeringsvorm omvat het hydraulisch systeem ten minste cen hydraulische cilinder die aan een eerste uiteinde koppelbaar is met het koppelstuk en aan een ander uiteinde gekoppeld is met de behuizing.

In cen uitvoeringsvorm omvat de zuigerkop een tweede pomp voor het aanpassen van ven vloeistofvulling in zen zuigercompariiment in de zuigerkop.

Volgens een ander aspect verschaft de uitvinding een werkwijze voor het aanbrengen van cen constructie-clement onder water, waarbij de werkwijze de stappen omvat var: - het verschafïen van cen systeem omvattende: ~ een behuizing; - een zuiganker aangebracht in zen onderste niteinde van de behwizing en omvattende cen pompcompartiment; - gen buitenbuis verbonden met een bovenste uiteinde van de behuizing; - gen binnenbuis omsloten door en verbonden met de buitenhuis; - een zuiger omvattende zen zuigerkop, die verschuitbaar is aangebracht in de behuizing tussen het pompcompartiment en het bovenste uiteinde van de behuizing, en een zuigerbuis die verbonden is met de zuigerkop en beweegbaar is tussen de binnenbuis en de bultenbuis; en - een koppelstuk voor het verbinden van het constructie-element met de zuiger, In een uitvoeringsvorm omvat de werkwijze de verdere stappen van: - het drijvend en in horizontale posities transporteren van het systeem naar gen bepaalde locatie: 4

- het kantelen van het systeem van de horizontale positie naar cen vertikale positie; en » het afzinken van het systeem in vertikale positie totdat het systeem op de bodem onder water staat, In een uitvoeringsvorm omvat de stap van het drijvend en in horizontale positie transporteren van het systeem: » het aanpassen van het drijfvermogen van het systeem door het wijzigen van gen vlovistofvulling van onderdelen van het systeem; en - het aanbrengen van een deiifinrichting op het systeem om het systeem in een hoofdzakelijk horizontale positie te laten drijven, In een uitvoeringsvorm omvat de stap van het kantelen van het systeem van de horizontale positis naar een vertikale positie het wijzigen van het drijfvermogen door het toevoegen van meer vloeistof, en het verschuiven van de drijfinrichting langs de buitenbuis.

In een uitvoeringsvorm omvat de werkwijze de stappen van: - het in cen bodem onder water verankeren van het zuiganker door het creëren van een onderdruk in het zuiganker door het pompcompartiment; en - het in de bodem duwen van het constructie-clement door het creëren van cen onderdruk in een drukkamer in de behuizing tussen de zuigerkop en het pompeompartinient.

In een uitvoeringsvorm omvat de werkwijze de stappen van: - het omhoogbrengen van de zuigerkop voor het maken van een tweede slag; en - het verder in de bodem drijven van het constructie-element door het creëren van een onderdruk in de drukkamer in de behuizing tussen de zuigerkop en het pompeompartiment.

KORTE BESCHRIJVING VAN DE FIGUREN De figuren tonen een of meer uitvoeringsvormen volgens de onderhavige publicatie, bij wijze van voorbeeld en niet ter beperking. In de figuren verwijzen gelijke referentie nummers naar de zelfde, of soortgelijke elementen, Figuur 1 toont ven opengewerkt perspectivisch aanzicht van een uitvoeringsvorm van een systeem volgens de onderhavige uitvinding; 5

Figoren la, Ib en le tonen opengewerkte perspectivische aanzichten van de uitvoernigsvorm van Figuur 1; Figuur 2 toont een perspectivisch aanzicht van een zuiger volgens cen uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding; Figuren Za en 2b tonen een perspectivisch aanzicht volgens doorsnede B-B van de zuiger van Figuur 2; Figuur 3 toont cen opengewerkt perspectivisch aanzicht van een uitvoeringsvorm van een systeem volgens de onderhavige uitvinding; Figuren 3a, 3b en Zo tonen opengewerkte perspectivische aanzichten van details van de uitvoeringsvorm van Figuur 3; Figuur 4a toont een dwarsdoorsnede van een uitvoeringsvorm van een drukkamer van een hydraulisch systeem; Figuur 4b toont een perspectivisch aanzicht in doorsnede van een uitvoeringsvorm van cen zuigerkop; Figuur dc toont cen dwarsdoorsnede van cen uitvoeringsvorm van een zuiganker; Figuren Sa en 5b tonen perspectivische aanzichten van een uitvoeringsvorm van een constructie-clement en een koppelstuk; Figuur 6 toont een dwarsdoorsnede van een andere uitvoeringsvorm van een systeem volgens de onderhavige uitvinding; Figuur 7 toont een dwarsdoorsnede van een uitvoeringsvorm van een systeem volgens de onderhavige uitvinding in cen operationele toestand; Figuor 8 toont een dwarsdoorsnede van een uitvoeringsvorm van een Systeem volgens de onderhavige uitvinding in cen operstionele toestand; Figuw 9 toont ven dwarsdoorsnede van een uitvoeringsvorm van een systeem volgens de onderhavige uitvinding in een operationele toestand; Figuur 10 toont een dwarsdoorsnede van een uitvoeringsvorm van een systeem volgens de onderhavige uitvinding in een operationele toestand; Figuur 11 toont een dwarsdoorsnede van cen uilvoeringsvorm van cen systeent volgens de onderhavige uitvinding In een operationele toestand; Figuur 12 toont een dwarsdoorsnede van sen uifvoeringsvorm van sen systeem volgens de onderhavige uitvinding in cen operationele toestand; 6

Figuur 13 toont een dwarsdoorsnede van oen uitvoeringsvorm van zen systeem volgens de onderhavige uitvinding in een operationele toestand; Figuw 14 toont cen dwarsdoorsnede van een uitvoeringsvorm van een systeem volgens de onderhavige witvinding in een operationele toestand; Figuur 15 toont een dwarsdoorsnede van een uitvoeringsvorm van een systeem. volgens de onderhavige uitvinding in een operationele toestand; Figuur 16 toont zen dwarsdoorsnede van een uitvoeringsvorm van gen systeem volgens de onderhavige uitvinding in cen operationele toestand; Figuor 16a toont een dwarsdoorsnede van een uitvoermgsvorm van een systeem volgens de onderhavige nitvinding in cen operationele toestand; Figuur 16b toont een dwarsdoorsnede van een uitvoeringsvorm van cen systoem volgens de onderhavige uitvinding In sen operationele toestand: Figuur 160 toont een dwarsdoorsnede van een uitvoeringsvorm van een systeem volgens de onderhavige uitvinding in een operationele toestand; 13 Figuur 16d toont een dwarsdoorsnede van een uitvoeringsvorm van een systeem volgens de onderhavige uitvinding in een operationele toestand; Figuur 17a toont een opengewerkt perspectivisch aanzicht van een andere uitvoeringsvorm van cen systeem volgens de onderhavige uitvinding; Figuur 17b toont een perspectivisch aanzicht van de uitvoeringsvorm van Fig, 17a; Figuor 18a toont een opengewerkt perspectivisch aanzicht van een andere uitvoermgsvorm van een systeem volgens de onderhavige uitvinding; Figuur 18b toont een perspectivisch aanzicht van de uitvoeringsvorm van Fig. 18a; Figuur 19a toont zen opengewerkt perspectivisch aanzicht van een andere uitvoeringsvorm van cen systeem volgens de onderhavige uitvinding, Figuur 19b toont zen perspectivisch aanzicht van de uitvoeringsvorm van Fig, 19a; Figuur 20 toont een perspectivisch aanzicht van een uitvoeringsvorm van ven systeem volgens de onderhavige nitvinding; Figur 21 toont cen diagram om een krachtensamenstel te illustreren op een kolom: onder water; 7

Figuur 22 toont ven diagram om een krachtensamenspel te illustreren op een systeem volgens de onderhavige uitvinding; Figuren 23 tot 26 tonen diagrammen met exeniplarische indicaties van de doordringing van verschillende funderingspalen in de ondergrond tegen de tijd (Fig. 23, 25) en de penetratiesnelheid afgezet tegen penetratiediepie (Fig, 24, 26); en Figuw 27 toont cen schematische weergave van een uilvoeringsvorm in zijaanzicht van een werkwijze volgens de uitvinding.

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING VAN DE UITVINDING De uitvinding en bijbehorende grafieken hebben betrekking op het installeren van een constructie-element in de zeebodem of een andere ondergrond onder water. De penetratie in de zeebodem vindt plaats door hydrostatische krachten die worden gerealiseerd door een drukverschil tussen de bover en onderzijde van een zuiger, De uitvinding is geschikt voor grondsoorten zoals dichtgepakt of minder dichtgepakte zand of klei. Specificaties voor zen exemplarische zeebodem bestaande uit ‘zeer dicht zand' waarvoor het systeem volgens de uitvinding geschikt is zijn vermeld in Tabel 1 hieronder: Parameter beden wes Eenheid | i B | Dimensieloze ‘skin friction factor’ 0,56 ~ | ì pg | Soortelijke massa grond 210 [kg/m] NG Dinos eg 50 |. Het systeem volgens de uitvinding omvat de volgende basiscomponenten: I. Een cilindervormige behuizing met buisvormige bovenzijde;

2. Een zuiger aangebracht in de behuizing; 3, Een zuiganker;

4. Een koppelstok (koppelbaar met de monopile); en

3. Een cilindervormige holle drijver (optioneel). Het systeem omvat cen behuizing 1. De behuizing is hoofdzakelijk cilindervormig, De behuizing kan voorzien zijn van een buisvormige bovenzijde 3. De behuizing omvat een dunwandige cilinder | waarin de zuiger 12 (Fig. 3) heen en weer verplaatsbaar is aangebracht. In de beluizing is concentrisch aan de 8 buitencilinder 1 een dunwandige binnencilinder of holle buis 2 aangebracht. Een monopile 26, opgesloten in een koppelstuk 25, kan daarin vertikaal worden verplaatst.

In een praktische uitvoeringsvorm is de hoogte van de binnencilinder 2 groter dan de hoogte van de buitencilinder van de behuizing 1.

In de buis 2 zijn bijvoorbeeld een aantal, bijboorbeeld vier, sleuven 10 aangebracht, Overeenkomstige verbindingsassen 24 (zie onder andere figuur 3) van cen koppelstuk (235, 254, 25b van, bijvoorbeeld, figuur 3} en cen zuigerbuis 13 (figuur 3} kunnen daarin vertikaal bewegen, De buitencilinder 1 is aan de bovenzijde, middels cen enkelvormige plaat 5 voorzien van gaten 11, verbonden met een dunwandige cilindervormige buis 3. De buitenbuis 3 is concentrisch om de dunwandige cilindervormige binnenbuis 2 gepositioneerd. De gaten 11 inde civkelvormige plaat 5 zijn aangebracht om water {oe te voeren naar de binnenzijde van de buitenoilmder 1. De gaten verschaffen sen vloeistof doorgang tot de ruimte in de behuizing boven de zuigerkop 12 (Fig. 3).

Ut sterkte- en stijfheidsoverwegingen kan de horizontale plaat $ zijn voorzien van verstevigingen, zoals bijvoorbeeld cen kegelvormige plaat eveneens voorzien van galen (niet getoond in de figuur), De binnenbuis 2 en de buitenbuis 3 zijn met elkaar verbonden, bijvoorbeeld door een of meer ringvormige horizontale platen 4.

Aan de onderzijde van de behuizing 1 is een zuiganker 6 voorzien. Het zuiganker omvat een, bijvoorbeeld cilindervormig, pompcompertimen 7, Het pompsysteem 7 omvat bijvoorbeeld één of meer pompen 40b (zie bijvoorbeeld Fig. 7), bijvoorbeeld centrifugaalpompen, met leidingwerk voorzien van kleppen. Hat pompcompartiment 7 is bijvoorbeeld opgesloten lossen twee cirkelvormige horizontale platen 8 en 9 die zijn verbonden met de binnenbuis 2 en de buitencilinder

1. Hiermee is gen stijve constructie gerealiseerd. De behuizing Ì is voorzien van openingen 40d om vloeistof naar buiten te pompen. Het samenstel van pompeompartiment 7 en de ruimte tussen het uiteinde van de behuizing onder het pompcompartiment 7 vormt het zuiganker 6.

Ter voorkoming van knik of plooi van de cilinderwand 1 als gevolg van de linealy met de waterdiepte toenemende waterdruk kunnen verstijvingsstrippen am de buitenzijde van de cilinderwand 1 worden aangebracht {niet getoond).

9

Het pompcompartiment 7 omvat bijvoorbeeld zen of meer pompen 40b en leidingwerk voorzien van kleppen. De pompen (en het bijbehorende leidingwerk en kleppen) hebben de volgends functies:

1. Leegpompen van water dat door het drukverschil tussen de waterdruk en de á druk in het zoiganker toestroomt vanuit de ondergrond, Hiermee kan het zuiganker 6 gen onderdruk in de ruimte tussen behuizingsdeel onder het compartiment 7 en buis 2 bewerkstelligen.

2. Leegpompen van water uit de ruimte 28b in de behuizing 1 onder de zuiger 12 en hoven het zuiganker 6, Zie hiertoe de openingen 40e (Fig. 3 en Fig. dc). Het 19 water wordi naer het omgevingswater afgevoerd via openingen 40d. Hierbij kan de pomp het drukverschil tussen de eilinderruinte en de omgevingsdruk van het omringende water overwinnen, Door het wegpompen van het water wordi een drukverschil gecreëerd tussen de bovenzijde van de zuiger 12 en de onderzijde, waarmee de zuigerkop en cen daarmee verbonden constructie-clement, zoals een 15 monopile, naar beneden wordt gedrukt.

3. Toevoer water vanuit het omringende omgevingswater naar de cilinderruimte 28b via (op basis van instelbare volumestroom aangestuurde) kleppen 40a (zie Figuur dc). Hierbij kan het zwaartepunt van het systeem in vertikale drijvende positie uit stabiliteitsoverwegingen vertikaal naar beneden worden gebracht 20 dan wel kan de zuiger 12 op gecontroleerde wijze naar boven worden gedirigeerd. In het geval het drijvende systeem van een horizontale drijvende positie over 90 praden omhoog wordt gekanteld zal eveneens het zwaartepunt naar beneden worden gebracht door het volpompen van de cilinderminte 28b (zie beschrijving werkwijze hieronder).

25 4. Het op gecontroleerde wijze omhoog verplaatsen (door opwaartse kracht} van het met lucht gevulde zuigercompartiment 12 door toevoer van water via het leidingwerk naar de cilinderruimte 28b.

Figuur 2 en 3 tonen een zuiger. De zuiger omvat een zuigerkop 12 verbonden met een buis of zuigernek 13, De zuigernek heeft eon open uiteinde. De zuigerkop 12 30 omvat een dunwandig cilindervormig afgesloten hol compartiment, dat aan de binnenzijde is verbonden met de dunwandige holle buis 13. Het cilindervormige compartiment van de zuigerkop 12 kan, onder minimale wrijving, onder invloed van het drukverschil tussen boven- en onderzijde van de zuigerkop vertikaal heen en weer bewegen in de behuizing 1. Er mag zo weinig mogelijk lekkage plaatsvinden tussen de compartimenten boven en onder de zuigerkop 12, zodat een drukverschil over de zuigerkop kan worden gehandhaafd. Een goede afsluiting tussen de cilinder 1 en de zuiperkop 12 kan worden gerealiseerd door, bijvoorbeeld, de opname van ringen 17a bijvoorbeeld van kunststof of rubber, De buis of zuigernek 13 is losmaakbaar verbonden met het koppelstuk 254, waarin de monopile 26 kan worden opgenomen. De zuigernek 13 omvat bijvoorbeeld een of meer openingen 20b, 20¢ waarin koppelelementen 24 van het koppelstuk 25 konnen worden ontvangen.

Door het drukverschil over de zuigerkop 12 kan via het koppelstuk 23, 25a, 25b, 250 de monopile in de grond worden gedrukt, Zoals bijvoorbeeld getoond in Fig. 1 bevindt de zuigernek of dunwandige holle buis 13 aan de bovenzijde van de zoigerkop zich tussen de buitenbuis 3 en de binnenbuis 2. Deze laatsten kunnen zijn voorzien van geleiderollen 27, 37 respectievelijk, De geleiderollen 27 kunnen de buis 13 geleiden gedurende de is verplaatsing van de zuiger (zie figuren 3 en 3b).

Het cilindervormige compartiment 12 van de zuiger kan aan een buitenzijde voorzien zijn van geleiderollen 18, 19 (zie Figuur 2). De geleiderollen geleiden de zuigerkop 12 langs het binnenoppervlak van de cilinder 1 {zie Figuur 3).

De znigerkop 12 kan verschillende compartimenten 21, 23 omvatten (zie 29 Figuur 2b en 4b}, Bijvoorbeeld in het holle zuigercompartiment 21 zijn ven of meer pompen 22b aangebracht, alsmede bijbehorende leidingen en kleppen, Door de pompen kan water in het onderste zuigercompartiment 23 worden toe-en afgevoerd. De functies voor vol en leegpompen van het onderste zuigercompartiment 23 zijn als volgt:

1. Volpompen van het zuigercompartiment 23 met water afkomstig van de ruimte 28a boven de zuigerkop 12. De ruimte 28a staat via de cirkelvormige plaat 5 voorzien van gaten 11 in open verbinding met water in de omgeving. Het water in tuimte 23 zorgt voor extra druk op de onderzijde 15 van de zuigerkop 12.

2. Leegpompen van het zuigercompariment 23 zorgt voor extra opwaartse 39 kracht op de muigerkop 12 wanneer na losmaking van het zuiganker & uit de zeebodem het systeem volgens de uitvinding naar een drijvende toestand wordt gebracht,

I

3. Leegpompen van het zuigercompartiment 23 indien de zuigerkop 12 met voldoende opwaartse kracht in de watergevulde cilinderruimte 28a gecontroleerd omhoog wordt bewogen.

Het zuiganker 6 is aangebracht onderaan de behuizing 1. Het anker 6 ligt in het verlengde van de dunwandige buitencilinder van de behuizing en de binnenbuis 2. Zoals reeds opgemerkt wordt een onderdruk onder het zuiganker 6 geïnitieerd door het wegpompen van water uit het zoiganker 6 door pompen 40b, die in het pompeompartiment 7 onderaan de behuizing 1 zijn opgenomen.

Figuren 3, 5a and 5b tonen onder andere het Koppelstuk 25. Het koppelstuk is bedoeld voor losmaakbare koppeling van de monopile 26 en de zuigerbuis 13, De koppeling van de zuigerbuis 13 en de bovenzijde 25a van het koppelstuk 25 vindt plaats door, bijvoorbeeld, vier in omireksrichting verdeelde nitschuifbare assen 24. De assen 24 zijn bijvoorbeeld in lengte aan te passen door hydraulische cilinders 29, aan de binnenzijde van het koppelstuk 25a. De assen 24 kunen door is overeenkomstige gaten 20a van het koppelstuk, door sleuven 10 van de buitencilinder 2, en in de aansluitende gaten 205 van de dunwandige holle buis 13 van de zuiger 12 worden geschoven.

Zoals getoond in Fig. 5a en 5b kan de monopile 26 in axiale richting over het mantelopperviak gangebracht worden van cen onderzijde 250 van het koppelstuk 25.

29 De verbinding tussen de monopile 26 en het koppelstuk 25 kan bijvoorbeeld plaatsvinden door, bijvoorbeeld 4, in omtreksrichting verdeelde assen 31. De assen 31 kunnen via hydraulische cilinders 30, aan de binnenzijde van het koppelstuk 25, door overeenkomstige gaten 32a van het koppelstuk 5e worden geschoven. Er zijn bij deze optie overeenkomstige galen 32b aangebracht in de monopile 26.

Een andere mogelijkheid voor verbinding van koppelstuk 25 en monopile 26, die niet nader in cen figuur is weergegeven, betreft bijvoorbeeld flenzen van de monopite en koppelstuk, die middels hydraulische cilinders aan elkaar worden gekoppeld.

Voor vertikale verplaatsing wordt het koppelstuk 25 door geleiderollen 37, aangebracht aan de bimmenzijde van de buis 2, door de cilinder 2 geleid.

Zoals getoond in bijvoorbeeld Figuur 3 omvat het systeem volgens de uitvinding optioneel een drijver 33, De cilindervormige holle drijver 33 is bijvoorbeeld een afgesloten met lucht gevulde ruimte bestaande uit respectievelijk 12 sen dunwandige buitenmantel 33a, een dunwandige binnenmantel 33b en aan boven- en onderzijden hiermee verbonden cirkelvormige platen 330, 33d.

Het systeem omvat bijvoorbeeld geleiderollen 34, aangebracht op de binnenmantel 335 van de cilindervormige drijver 33. Door de geleiderollen kan de drijver 33 langs de buitenzijde van de buis 3 worden verplaatst, Afhankelijk van de bewegingsrichting kan de drijver 33 bijvoorbeeld door een of meer lieren 35 aangebracht aan de bovenzijde van de bultenste buis 3 langs de buis 3 naar boven worden verplaatst. Bijvoorbeeld door een of meer Heren 36 aan de bovenzijde van de cilinder 1 kan de drijver 33 langs de buis 3 naar beneden worden verplaatst, Zie bijvoorbeeld Figuur 6.

De drijver 33 heeft de volgende functies: I. Extra drijfvermagen in het geval het systeem zich in drijvende toestand bevindt (zie bijvoorbeeld figuur 6, met wateroppervlak 300).

2 Extra drijfvermogen en controlerende werking voor het instellen van de is pitch-hoek ofwel de trim van het systeem, Hierbij kan het systeem van cen vertikale positie gekanteld worden naar een horizontale positie, waarbij de drijver voor stabiliteit zorgt tijdens het kantelen, Ook zorgt de drijver voor stabiliteit in het water wanneer een drijvende monopile wordt gekoppeld aan het koppelstuk 25. De lieren 35, 36 regelen hierbij de trimhoek van het systeem (zie bijvoorbeeld figuren 13 Um pit 16).

Voor het gebruik van het systeem volgens de onderhavige uitvinding voor het penetreren van de monopile 26 in een zeebodem Kunnen bijvoorbeeld twee verschillende methoden worden toegepast. Deze methoden onderscheiden zich door de wijze waarop de koppeling van de monopile 26 en het koppelstuk 25 worden gerealiseerd: A. De monopile 26 wordt aan boord van een kraanschip of platform 39 gekoppeld aan het koppelstek 25. Daama wordt de combinatie van monopile en koppelstuk door een hijsinstallatie 38 in het reeds middels het zuiganker 6 met de bodem 302 verankerde systeem 310 gepositioneerd (zie figuur 27); B. De monopile 26 wordt drijvend in horizontale positie gekoppeld aan het koppelstuk 25, dat is opgenomen in het eveneens drijvende resterende deel van het systeem volgens de uitvinding (zie figuren 13 Ym 16). 13

Volgens werkwijze A wordt het systeem 310 met de monopile 26 gekoppeld met behulp van een kraanschip of platform 39, Hierbij is een uitgangspositie een drijvend systeem volgens de uitvinding in vertikale stand (zie Fig. 16a). Van hiernit worden de verschillende fasen in het installatieproces van de monopile in de 3 zeebodem beschreven als een cyclus die eindigt waar het proces begon, namelijk met een drijvend svsteem 310 in vertikale stand (Fig. 16a) waarbij de monopile of ander canstructie-slement in de bodem achterblijft. De nommering van de relevante componenten is af te lezen in figuur 6.

Fase 0. Een beginsituatie gaat uit van ven drijvend systeem 310 volgens de 19 uitvinding in vertikale stand. Zie figuur 16a.

Bij het drijvende concept wordt de gewichtskracht van het systeem 310 opgevangen door de opwaartse kracht van het onderste met Jacht gevulde zuigercompartiment 23, eventueel aangevuld met de opwaartse kracht van een of meer met lucht gevulde cilindrische drijvers 33 en/of de opwaartse kracht van waterdamp in het compartiment 28b onder de zuigerkop 12 {niet in figuurita Aangegeven).

De cilindrische drijver 33 wordt naar de bovenzijde van de cilinder 1 getrokken door de Heren 36 die aan de bovenzijde van het mantelopperviak van de cilinder 1 zijn aangebracht, Teneinde de stabiliteit van bel in vertikale positie drijvende systeem 310 te vergroten kan het zwaartepunt worden verlaagd door een watermassa in de ruimte 28b aan te passen, | Fase 1. In een volgende stap volgt het afzinken van het systeem 310 naar de bodem 302. Zie Figuur 16b, Ultgegaan wordt van sen drijvende situatie van het systeem 310, waarbij een opwaartse kracht voor opvang van de gewichtskracht van het systeem 310 wordt gerealiseerd door het onderwater gelegen zuigercompartiment 23 voorzien van waterdamp en de met lucht gevulde drijver 33 (zie Figuur 16a). Hierbij is het compartiment onder de zuiger 28b gedeeltelijk of volledig gevuld met water, Indien van toepassing wordt in verste instantie de met lucht gevulde drijver 33 ap gecontroleerde wijze door het vieren van de kabels van de onderste cen of meer lieren 36 naar boven geleid langs de buis 3. Hierdoor neemt de totale opwaartse kracht af en zinkt het systeem 319, 14

Optioneel kan het systeem 310 op gecontroleerde wijze afzinken door omgevingswater via een regelbare klep of regelventiel 22a (zie Figuur 165) toe te voeren in het zuigercompartiment 23. De volumestroom van de toegevoerde hoeveelheid water naar het zuigercompartiment 23 wordt (via terugkoppeling) aangestuurd door gen vooraf bepaalde maximale afzinksnelheid van het systeem 310.

Fase 2. Het systeem 310 wordt verankerd in de bodem 302. Zie figuur 160, Indien de onderzijde van het zuiganker 6 is afgezonken en in contact is met de bodem 302 wordt door het eigen gewicht van het systeem 310 in combinatie met werking van de regelkleppen 40a (zie Fig. 160) van het zuiganker in de zeebodem gedrukt, De vertikale verankeringssnelheid van het zuiganker 6 wordt aangestuurd door de grootte van de volumestroom 312 die via de regelklep 40a en uitgaande leiding 40f in het omgevingswater wordt geperst (zie ook Figuur 40). Het krachtenevenwicht bestaat enerzijds uit de gewichtskracht van het systeem. 310 en anderzijds uit de weerstandskracht van de grond 302 en de waterweerstandskracht van de volumestroom 312 door de regelkleppen 40a in de uitgaande leidingen 40f van het anker 7. De weerstandskracht van de grond 302 bestaat uit schuifkrachten op de binnen- en buitenzijden van respectievelijk de dunwandige binnencilinder 2 alsmede de dunwandige buitencilinder 1 {zie figuur 4e). De schuifkrachten nemen evenredig met het kwadraat van de penetratiediepte (h) van het zuiganker in de zeebodem 302 toc, Indien de gewichtskracht van het systeem 310 onvoldoende is om het zuiganker 6 verder te laten penetreren in de zeebodem, vanwege de kwadratisch toenemende schuifkrachten van de grond, 1s het noodzakelijk om naast de gewichtskracht van het systeem middels pompen 40b in het onderste pompcompartiment 7 van de cilinder het water uit het zuigankercompartiment te persen tegen de statische druk in van het omringende omgevingswater. Om te compenseren voor het verschil in druk tussen de druk Pz in het zuigankercompartiment 6 en de waterdruk in de zeebodem wordt het vanuit de grond toestromende water continue door een gedeelte van de pompen 40b afgevoerd naar het omringende buitenwater. Hierdoor blijf de gewenste onderdruk in het zuigercompartiment 6 gehandhaafd.

Fase 3. Bevestiging van het constructie-slement, zoals de monopile, aan het systeem 310. Zie Figuur 27, Sa en 5h.

15

Het koppelstuk 25 wordt door een hijsinstallatie 38 van een platform (bijvoorbeeld een Jack-Up Vessel (JUV'} of ander drijvend of op de ondergrond steunend platform) uit het systeem 310 omhoog gelicht (zie Fig, 27). Aan boord van het platform 39 wordt het koppelstuk 25 verbonden met een te installeren monopile

26.

Vervolgens iakelt de hijsinstaliatie 38 het samenstel van koppelstuk 25 en constructie-element 26 in de bovenzijde van het systeem 310. Daarna wordt het koppelstuk 25 verbonden met de zuigerbuis 13 (zie Fig. 3). De hijsinstallalie 38 wordt vervolgens losgemaakt van het samenstel van koppelstuk en monopile 26, Koppeling van de monopile 26 aan het koppelstuk 25 kan plaatsvinden door aan de onderkant van het koppelsiuk opgenomen verende assen 31 in radiale richting uit te schuiven, De assen vallen in passende gaten 32b aangebracht in de bovenzijde van de monopile 26, Hiertoe wordt eerst de monopile 26 in lengterichting over het onderste gedeslte 25¢ van het koppelstuk 25 geschoven. De assen 31 kunnen in radiale is richting worden verlengd of verkort daor in het koppelstuk aangebrachte hydraulische cilinders 30 (Fig. Sa).

De massa van een stalen monopile 26 met afmetingen van bijvoorbeeld diameter 12 m, wanddikte 50 mmm en hoogte 60 m is circa 900 ton. De massa van het hiervoor bestemde koppelstuk 25 bedraagt eveneens circa 900 ton. Behandeling van deze dergelijke massa’s vereist passende apparatuur, De hijsinstallatie 38 van het vaartuig 39 vereist voldoende hijscapaciteit voor het hijsen en vieren van het koppelstuk 25 inclusief monopile van minimaal 2.000 ton, Zie Figur 27. Het samenstel van monopile en koppelstuk wordt omhoog gehesen door de kraan 38 en worden naar beneden gedirigeerd in de binnencilinder 2 van het door de znigankers 6 in de bodem 302 verankerde systeem 310. De aan de bovenzijde 259 van het koppelstuk 25 aangebrachte in radiale richting verende assen 24 worden geschoven in speciaal hiertoe geboorde radiale gaten 20b in de zuigerbuis 13 (zie Figuren 2a en 2b). De vier assen 24, gelijk verdeeld in omtreksrichting, worden door corresponderende sleuven 10 van de binnenbuis 2 geleid. Geleiderollen 37 aan de binmenzijde van de binnenste cilinderbuis 2 geleiden op gecontroleerde wijze het koppelstuk 25 met de daarmee verbonden monopile 26 (zie Figuur 3).

16

Indien een platform 39 met hijsinstallatie 38 wordt toegepast (zie Fig. 27) kan op nauwkeurige wijze het samenstel van koppelstuk en monopile in het systeem 310 worden gedirigeerd.

Fase 4. Het drukken van de monopile 26 of ander constructie-element in de bodem 302 door hydrostatische kracht. Zie Figuren 7, 8, 9 en 10. Als het systeem 310 in de zeebodem 302 is verankerd en de koppeling tissen het koppelstuk 25 (verbonden met de monopile 26) en de zuigerbuis 13 is gerealiseerd wordt het koppelstuk 25 {verbonden met de monopils) naar beneden gedrukt in de zeebodem. De neerwaartse kracht is daarbij groter dan de op de monopils 26 omhoog werkende schuifkrachten van de ondergrond 302 en de drokkracht van de bodem 302 op de onderzijde van de monopile.

Fase 4.1, Het dirigeren van de zuiger van een bovenste positie naar een onderste positie, Zie Figuur 7. In verste instantie wordt de vertikale drokkracht gerealiseerd door de gewichtskracht van het koppelstuk 25 en de hermes verbonden is monopile 26, Tegelijkertijd wordt via de pompen 40b van het zuiganker 6 het water uit het zuigankercompartiment 6 geperst tegen de statische drak in van het onwringende omgevingswater, Door de kwadratische toename van de schuifkrachten met de penetraticdiepte van de monopile 26 in de bodem 302 wordt naast de gewichtskracht van het koppelstuk en de monopile 26 een extra aandrukkracht gerealiseerd door een drukverschil (pl ~ p2) over de zoigerkop 12. Het (hydrostatische) drukverschil (pl - p2) over de zuigerkop 12 wordt gerealiseerd door water weg te pompen onder de zuigerkop 12, waardoor een onderdruk ofwel cen lagere druk p2 ontstaat onder de zuigerkop in vergelijking met de druk pl boven de zuiger. Volgens het toestandsdiagram van water zal onder de zuiger bij een bepaalde constante temperatuar en bepaalde druk een evenwicht ontstaan tussen de hoeveelheid aan waterdamp en vloeistof. Verlaging van de druk zal resulteren in een grotere verhouding van de massa aan waterdamp ten opzichte van vloeistof, Zoals reeds opgemerkt staat de cilindermhoud 28a boven de zuigerkop 12 via de gaten 11 aan de bovenzijde van de behuizing 1 in open verbinding met het buitenwater. De 39 absolute druk aan de bovenzijde van de zoigerkop 12 is dus gelijk aan de waterkolom boven de zuigerkop plus 1 bar luchtdruk, De druk pl aan de onderzijde van de zuigerkop is bijvoorbeeld nog circa 0,5 bar hoger overeenkomend met bijvoorbeeld 5 meter waterkolom van het zuigercomparliment 23. In Figuur 22 is, binnen 17 bijvoorbeeld een cilindervormig lichsam onder water, het krachtenevenwicht op de zuigerkop 12 (onder nummer 1 in figuur 22} weergegeven.

Fgíz)}= Ap(z)*A + Fm- Fo, waarin: Z = Penctratiediepte monopile in zeebodem; Fala) we Grondkrachten op monopile (als functie van de penetratiediepte 2); Fm = Gewichiskracht koppelsivk en hieraan gekoppelde monopile; Ape = compressiedruk (na vertikale verplaatsing van de zuiger); Fe = compressickracht waterdamp op de zuiper (= Ape*A); Ap w= Drukverschil (pl — p2} over de zuiger (als Tunctie van de penetratiediepte z}; pl = Absolote druk boven zoiger 12 p2 = Absolute druk onder zuiger 12 A == Oppervlakte zuigeroppervlak, De penetratiesnelheid van de monopile 26 is afhankelijk van de grootte van het pompvermogen en het maximale volumedebiet van een of meer pompen 40b. De suetheid van de zuigerkop 12 overeenkomend met de penetratiesnelheid van de monapile 26 kan worden geregeld via de volumestroom van de pompen 40b, die wordt begrensd door het maximale vermogen (bij het bij die penctratiediepte behorende drukverschil).

Fase 4.2. Einde slaglengte zuigerkop 12. Zie figuur 8. Hierne volgt optioneel een stap waarbij de zoigerkop 12 voor gen volgende slap naar cen gewenste hogere positie wordt gebracht, Indien de gewenste penetratiediepte van de monopile 26 in de zeebodem 302 groter is dan de slaglengie van de zuigerkop 12, zal de zuigerkop 12 omhoog worden verplaatst. Allereerst zal de verbinding tossen het koppelstuk 23 en de zuigerbuis 13 worden verbroken door het in radiale richting naar binnen trekken van de assen 24 via de hydraulische cilinders 29 (zie figuren 8, 5a en Sb). Verder wordt water vamtit het zuigercompartiment 23 via de pompen 22b in het pompcompartiment 21 van de zuigerkop 12 naar het bovenste compartiment 28a van de behuizing boven de zuigerkop 12 gepompt. Door het pompeompartiment van het zuiganker 6 wordt buitenwater via de regelklep 40b aan de onderzijde van de behuizing 1 toegevoerd naar het onderste compartiment 285 daarvan (onder de 18 zuigerkop 12}. De krachten op de zuigerkop 12 zijn respectievelijk de gewichtskracht van de zuigerbuis 13 en zuigerkop 12 en de opwaartse kracht op het zuigercompariment 23 die een lagere dichtheid heeft dan de dichtheid van het water in de compartimenten 28a, 28b. De hoeveelheid water die wil het zuigercompartiment 23 wordt gepompt is zodanig dat er krachtenevenwicht is van krachten werkend op het zuigercompartiment 23.

De snelheid van de zuiger omhoog kan worden geregeld door de toevoersiroom van water naar de onderste cilinderruimie 28b, Indien de snelheid van de zuiger groter is dan een ingestelde snelheid kan door het terugnemen van de volumestroom 19 naar het onderste compartiment 28a sen onderdruk worden gecreëerd die de snelheid van de zuigerkop 12 zal alrenumen. Indien de zuiger op de juiste postje is gekomen worden de pompen 22b uitgeschakeld en de volumestroom naar de cilinderruimte 28b onder de zuigerkop 12 via regelkleppen 40a stopgezet. Het koppelstuk 25 wordt gekoppeld aan de zoigerbuis 13 door het in radiale richting naar buiten drokken van is de assen 24 in de onderste gaten van de zuigbuis 20e {zie figuur 2) met behulp van de bovenste hydraulische cilinders 29, Een gedeelte van de pompen 40b wordt nog steeds ingezet voor het wegpompen van grondwater uit het zuiganker-compartiment 6, dat ontstaat door toostroming van water in de zeebodem onder hoge waterdruk.

Fase 4.3. Het dirigeren van de zuiger naar de onderste positie van de cilmder, Zie figuur 9. De cyclus vanaf fase 4,1 herhaalt zich, Het zuigercompartiment 23 wordt, via de regelkleppen 22a in de toevoerleiding vanuit de ruimte 28a boven de zuigerkop 12, van water voorzien totdat het zuigercompartiment 23 volledig is gevuld met water. Uit de cilinderruimte 28b onder de zuigerkop 12 wordt water via de uitgaande leiding 40d (zie Figuur 4¢) naar het omringende buitenwater weggepompt met pompen 465, De pompen 40b zijn bijvoorbeeld aangebracht in het pompeompartiment 7 van de cilinder 1, Hierdoor daalt de absolute druk onder de zuigerkop 12 en wordt de zuigerkop tegen de grondkrachten in door de gewichtskracht van het koppelstuk (inclusief de monopile) en het drukverschil (pl ~ p2) over de oppervlakte van de zuigerkop 12 near beneden gedrukt tot aan de onderste positie daarvan in de behuizing 1.

Fase & — Het opheffen van de verankering van het zuiganker 6 uit de zeebodem en het opstijgen van het systeem naar het wateroppervlak.

Fase 5.1 — Het omhoog verplaalsen van de zuiger, Zie figuur 10.

19

Eerst wordt de zuigerkop 12 omhoog verplaatst, Hierbij wordt eerst water uit het zuigercompartiment 23 door pompen 22b naar het cilindercompartiment 28a boven de zuigerkop 12 gepompt. Tegelijkertijd wordt het omringende water via een regelklep 40a in de toevoerleiding van het compartiment 7 in de cilinder 1 naar het cilindercompartiment 285 onder de zuigerkop 12 geleid. Met als tegenwerkende krachten respectievelijk de naar beneden gerichte gewichtskracht van de zuigerkop 12 en de zuigerbuis 13 en de waterweerstandskracht wordt de zuiger door de opwaartse kracht op het zuigercompartiment 23 naar boven verplaatst, Tijdens de zuigerverplaatsing wordt de verbinding tussen het koppelstuk 25 en de monopile 26 verbroken (zie figuur 11) door het in radiale richting naar binnen verplaatsen van de assen 31 uit de gaten 32b van de monopile 26 onder gebruikmaking van de hydraulische cilinders 30 (zie ook figuren 5a en 5b). De zuigersnelheid wordt geregeld door de grootte van de volumestroom via de instelbare volumestroom regelklep 40a in de toevoerleiding, Is de zuiger cenmaal 11 de i5 bovenste positie aangekomen, dan wordt de toevoerleiding via de regelklep 40a naar het cilindercompartiment 28b algesloten, De zuigerkop 12 sluit de cilinder 1 af van het buitenwater. Ook in deze fase wordt een gedeelte van de pompen 40b ingezet voor het wegpompen van grondwater uit het zuiganker compartiment 6 {zie figuur 10).

29 De opwaartse kracht van de zuigerkop 12 wordt, na het volledig lecgpompen van het zuigercompartiment 23, in het volgende stadium 5.2 gebruikt voor het omhoog lichten van het zuiganker en daarna voor het omhoog lichten van het volledige systeem (zie vok figuur 11), 25 Fase 5.2 — Omhoog verplaatsen van het systeem inclusief zuiganker Juist boven de monopile, Zie figuren 11 en 12. De afvoer van grondwater uit het zuiganker- compartiment 6 wordt stopgezet en het omringende buitenwater wordt via de leiding 401 en regelbare klep 40a in de toevoerleiding 40m naar het zuiganker 6 geleid (zis figuren de en 11). Door de omgevingsdruk van water onderaan de cilinder 1 (= 30 bovenaan het zuiganker 6) wordt het gehele systeem (Inclusief het zuiganker) mede door de opwaartse kracht op het leeggepompte zuigercompartiment 23 naar boven verplaatst, Eventueel kan gebruik gemaakt worden van de opwaartse kracht van de | drijver 33, indien de opwaartse kracht van het zuiger compartiment ontoereikend is.

Hiertoe wordt de drijver tegen de opwaartse kracht van de drijver 33 naar de bovenzijde van de cilinder 1 getrokken middels de leren 36 die aan de bovenzijde van het mantel oppervlak van de cilinder 1 zijn gelegen, Het systeem zal zover naar boven opstijgen totdat de gewichtskracht van het systeem {inclusief het Koppelstuk) Juist gelijk is aan de opwaartse kracht van de drijver 33 en het zuigercompartiment

23. Voor een gecontroleerde omhooggaande beweging van het systeem bestaat de mogelijkheid om de snelheid te verlagen door water toe te voeren in het zuigercompartiment 23 (zie figuur 11). De hoogte van het drijvende systeem is bij voorkeur ongeveer gelijk of iets hoger dan de bovenzijde van de monopile 26. Het systeem is in Fase 0 beland en de cyclus begint van hieruit weer opnieuw, Volgens werkwijze B wordt het drijvende systeem 310 in horizontale positie via het hierin opgenomen koppelstuk 25 met de eveneens drijvende monopile 26 gekoppeld (zie Figuren 12 /m 16). De uitgangspositie is het drijvende systeem in ongeveer vertikale stand (zie figuur 12). Van hieruit worden de verschillende fasen in het installatieproces van de monopile 26 in de zeebodem 302 beschreven als cen cyclus die eindigt waar het proces begon, namelijk het drijvende systeem in vertikale stand. Fase 0 — Beginsituatie van drijvend systeem in vertikale stand. Zie figuur 12. | Bij het drijvende systeem wordt de gewichiskracht van het systeem opgevangen door de opwaartse kracht van het onderste met lucht gevulde zuigercompartiment 23, eventues! aangevuld met de opwaartse kracht van de met hucht gevulde cilindrische drijver 33 en/of de opwaartse kracht van de waterdamp van het compartiment onder de zuiger 28b. De cilindrische drijver 33 wordt tegen de opwaartse kracht van de drijver 33 naar de bovenzijde van de cilinder 1 getrokken door de lieren 36 dic aan de 28 bovenzijde van het mantelopperviak van de cilinder { zijn gelegen (zie figuur 6). Teneinde de stabiliteit van het in vertikale positie drijvende systeem te vergroten is het zwaartepunt verlaagd door de watermassa ondergan in de cilinder 28b, Fase 1 — Het roteren van het drijvende systeem over 90 graden {om de radiale as met het zwaartepunt; zie Figuren 13 en 14), Voor rotatie van het drijvende vertikale systeem wordt het zwaariepunt van het systeem {inclusief koppelstuk en monopile) zodanig naar boven verschoven dat het sangrijppunt van de resulterende opwaartse kracht B - van respectievelijk het onderste met hioht gevulde zuigercompartiment 28b, aangevuld met de opwaartse kracht van de met Jacht 21 gevulde cilindrische drijver 33 en de eventuele opwaartse kracht van de waterdamp van het compartiment 23 onder de zuiger - onder het zwaartepunt van de gewichtskracht G van het systeem komt te liggen (zie Figaur 13), Tegelijk zal door de groter wordende opwaartse kracht B het drijvende systeem verder omhoog $ bewegen totdat er evenwicht wordt bereikt, In dit geval wordt het systeem instabiel en zal gaan roteren (zie figuur 13), totdat het systeem over 90 graden is geroteerd in horizontale positie (zie figuur 14), Het zwaartepunt van de met water gevulde cilindercompartiment 28b wordt verhoogd door het wegpompen van water uit de cilinderruimte 28b middels de pompen 40b van het onderin de oilinderruimte 1 gelegen pompcompartiment 7. Door het vrije vlaeistofoppervlak van het water in het cilindercompartiment 285 zal het zwaartepunt van de watermassa in de cilinderruimte en hierdoor het zwaartepunt van de totale massa van het systeem naar links verschutven, hetgeen ven extra roterend moment oplevert (zie guur 13).

Gedurende het leegpompen van de cilinderruimte 28h behoort bij iedere rotatiestand (bijvoorbeeld 90, 60°, 45°, 30° ste.) een evenwichtssituatie, Teneinde het systeem volgens de uitvinding in horizontale drijvende positie te behouden en juist niet door te laten roteren kan het evenwicht van het systeem worden ondersteund door de cilindervormige drijver 33 naar de top van de cilinderbuis te dirigeren onder invloed van cen of meer lieren 35. De lieren 35 zijn bijvoorbeeld aan de uiteinden van de cilinderbuis 3 gepositioneerd. Met behulp van de drijver 33 kan eveneens de trim van het drijvende systeem worden bijgesteld, De drijvers 33 worden over de buitenzijde van buis 3 geleid middels aan de drijver 33 verbonden geleiderollen 34.

Om te voorkomen dat het systeem om de lengte-as gaat roteren zijn bijvoorbeeld aan beide zijden van het buiten mantelopperviak van de cilinder doosvormige van lucht voorziene drijfboxen of vinnen 41 aangebracht (zie fignur 20).

Fase 2 — Koppeling van de drijvende monopile aan het koppelstuk van het 39 systeem. Zie Figuur 14. Koppeling van de drijvende monopile 26, voorzien van drijvers 42 aan weerszijden van de monopile 26, en het koppelstak 25 in het drijvende horizontale systeem kan worden gerealiseerd indien de hartlijnen van de monopile en het systeem in elkaars verlengde liggen, De diepgang van het systeem 22 kan worden geregeld door toe- of afvoer van water via regelkleppen 402 en/of pompen 40b in de toevoerleidingen van het zuigankercompartiment 7 naar de cilinderroimte 28b, De trim van het systeem kan worden gerealiseerd door verplaatsing van de van lucht voorziene cilindervormige drijver 33 door het § aantrekken of vieren van kabels van de lieren 35 in combinatie met de Heren 36. De diepgang en trim van de drijvende monopile 26 kan worden gecontroleerd door bijvoorbeeld verplaatsing van de drijvers 42 ten opzichte van de monopile 26, of door het voorzien van pompcompartimenten in één of beide drijvers {niet in de figuren weergegeven).

Eventueel kan cen zogenaamde (deymontabele vang worden opgenomen met zen conisch binnen oppervlak (niet weergegeven in de figuren) waarmee de monopile 26 naar het koppelstuk 23 kan worden geleid, De voorste drijver 42 kan worden gefixeerd om de binnenbuis 2 van het zuiganker 6.

Het koppelstuk 25 kan vrij in horizontale richting worden verplaatst langs de op de binnenwand van de cilinderbuis 3 bevestigde geleiderollen 37. Eenmaal om de binnenbuis van het koppelstuk 250 vindt de connectie van de monopile 26 en het koppelstuk 25 plaats hetzij via 4 assen 31, die in radiale richting door gaten 32b van het koppelstuk 25 middels hydraulische cilinders 30 in radiale richting naar buiten worden gedrukt, den wel via koppeling van flenzen aan het uiteinde van het koppelstuk en de flens van de monopile (laatste optie is niet weergegeven in de figuren).

De monopile 26 wordt naar binnen gedrukt of getrokken middels kabels (van 3 Heren 43), die zijn bevestigd aan het koppelstuk 25a waarbij de voorste drijver 42 eventueel via rubberen of kunststof ringen 44 over het cilindervormige binnenmantel oppervlak van de drijver 42 nagar achteren wordt gedrukt door zich af te zetten tegen de bovenzijde van het zuiganker 6.

Is de monopile 26 naar de juiste positie getrokken dan vindt de connectie plaats van het koppelstuk 25 met de zuigerbuis 13 via een aantal, bijvoorbeeld vier, assen 24, De assen 24 kunnen in radiale richting door gaten 20b van de zuigerbuis 13 in 36 radiale richting naar buiten worden gedrukt, bij voorbeeld door hydraulische cilinders

29. Fase 3 - Roteren horizontaal drijvend systeem naar drijvende vertikale toestand. Zie figuren 15 en 16. Indien de monopile 26 eenmaal is gekoppeld aan het 23 koppelstuk 23 van het systeem zal het systeem: wederom om de radiale as van het zwaartepont kunnen roteren om van een horizontale stand naar een vertikale positie te komen, Allereerst wordt de cilindervormige drijver 33 via de lieren 36 naar achteren en beneden getrokken en aangesloten op de bovenzijde van de cilinder 1.

Het zwaartepunt van het drijvende horizontale systeem kan hierbij naar achteren worden verplaatst (zie figuur 16). Dit kan worden gerealiseerd door buitenwater toe te voeren naar de cilinderrumte 28b, De watertoevoer vindt plaats via de regelkleppen 40a en/of via de pempen 40b in het pompcompartiment 7.

Op deze wijze wordt een omhoog roterend koppel gevormd tussen de gewichtskracht G van het systeem en het drukpunt van de resulterende opwaartse kracht B. In figuur 15 is con evenwichtssitnatic geschetst waar de opwaartse kracht en de gewichtskracht in elkaars verlengde staan, Indien de cilinderrumte 28b volledig is gevuld met water zullen de opwaartse krachten B van respectievelijk het met waterdamp gevulde zoigercompartiment 23 en de cilindervormige drijver 33 voldoende groot zijn om het systeem in vertikale stand te laten drijven, In feite is de positie identiek met de beginsituatic omschreven in Fase 0 (zie figuur 6).

Behoudens de fase omschreven in Fase 2 ‘Bevestiging monopile aan het systeent’, is de werkwijze van hieruit hoofdzakelijk identiek aan hetgeen hierboven is omschreven in de Fasen 1, 2, 4 en 5 van werkwijze A. Dit resulteert in de volgende fasen, Fase 4 — Het afzinken van het drijvende systeem (inclusief koppelstuk en monopile) naar de zeebodem, Zie ook figuur 16b. Voor het principe en de werkwijze wordt verwezen naar Werkwijze A - Fase 1. Met dien verstande dat het afzinkende systeem als extra is voorzien van een koppelstuk 25 met daaraan bevestigd de monopile 26.

Fase 5 ~ Verankeren systeem in de zeebodem, Zie ook figuur 16¢. Voor het principe en de werkwijze wordt verwezen naar Werkwijze A - Fase 2. Met dien verstande dat het afzinkende systeem als extra is voorzien van een koppelstuk 25 met dagraan bevestigd de monopile 26.

Fase 6 - Drukken monopile in zeebodem door hydrostatische kracht, Zie ook Figuren 7, 8, 9 en 10. Voor het principe en de werkwijze wordt verwezen naar Werkwijze A - Fase 4. Met dien verstande dat het afzinkende systeem als extra is voorzien van cen koppelstuk 25 met daaraan bevestigd de monopile 26.

24

Fase 7 - Opheffen verankering zuiganker systeem uit de zeebodem en opstijgen systeem naar wateroppervlak, Zie figuren 10, 11 en 12 Voor het principe en de werkwijze wordt verwezen naar Werkwijze A - Fase 5.

Teneinde de afmetingen van het systeem te verkleinen, waardoor een meer handzaam systeem met kleinere massa wordt gerealiseerd, kunnen bijvoorbeeld de volgende twee uitvoeringsvormen van het systeem worden toegepast.

1. Hybride Systeem 1 — Systeem, voorzien van zuiger en als extra hydraulische cilinders. Uitgaande van het systeem worden als extra hydraulische cilinders toegevoegd. Door een passende keuze van de hydraulische cilinders kunnen de 16 afinetingen van de zuiger en cilinder van het systeem substantieel worden verkleind.

2. Hybride Systeem 2 - Systeem in combinatie met het GBM works concept Uitgaande van het systeem wordt als extra het ‘soil fluidisation principe’ toegevoegd, waardoor significant kleinere axiaalkrachten zijn vereist voor installatie van de monopiles in de zeebodem. Met het oog op geluidsoverlast kan nog worden onderzocht in hoeverre de trillende werking van de GBM Works technologie als extra kan worden toegevoegd.

3. Hybride Systeem 3 - Een mogelijke derde hybride variant kan bestaan uit cen combinatie van de voorgestelde twee hybride vormen 1 en 2 van het systeem. Hybride Systeem 1 -voorzien van zuiger en hydraulische cilinders. Zie figuren 17a en 17b. Alle elementaire bouwstenen van het systeem zijn hierin herkenbaar. Toegevoegd aan het systeem zijn in dit geval 4 hydraulische cilinders 45, die gelijk in omtreksrichting zijn verdeeld. De cilinders 454 zijn aan de onderzijde bijvoorbeeld middels ringvormige constructies 46 verbonden met de horizontale van gaten 11 voorziene plaat $ (zie Figuur 17a). Aan de bovenzijde is de cilinder 45a verbonden met een ronde buizen framewerk 47. De cilinderstangen 45h zijn aan de onderzijde verbonden met de zuiger 12, Voor de krachtenoverbrenging van de hydraulische stangen 45b op de zuiger 12 kunnen met het oog op sterkte en stijfheid extra verstijvingen worden opgenomen in de zuiger 12.

Het ronde buizenframe is opgebouwd uit vertikale kolommen 47a, die aan de bovenzijde middels een holle cirkelvormige ring 47b met elkaar zijn verbonden. De ting 47b is middels buizen in radiale richting 47¢ verbonden met de buitenmantel van de buitenste cilinderbuis 3.

25

De werkwijze van hel Hybride Systeem 1 is identiek aan het systeem, met dat verschi] dat als extra drukkracht op de zuiger 12 en indirect op de monopile 26 de axiaalkrachten van de in dit geval 4 hydraulische cilinders 45 zijn toegevoegd. Opvang van de hoge vertikale axiaalkrachten van de hydraulische cilinders 45 vindt plaats door het zuiganker 6. De opgebouwde onderdruk in het zuiganker ten opzichte van de waterdruk in de cilinderruimte 28b onder de zuigerkop 12 kan voldoende zijn am vertikaal omhoog gerichte krachten van de hydraulische cilinders 45 op te vangen. De krachten vanuit de cilinders 45 worden via de horizontale plaat $ via de cilinderwand 1 overgebracht op het zuiganker 6. Vandaar dat de horizontale plaat 5 bij voorkeur voldoende sterkte en stijfheid heeft om deze vertikale hydrauliekkrachten op te kunnen vangen, Hybride Systeem 2 — voorzien van zuiger en ‘soil fluidisation’ en ‘soil vibration’ effect van het GBM works concept, Door toepassing van het GBM works concept {zoals omschreven in het patent WO 2020/207903 Al} in combinatie met het i5 systeem of het hybride systeem 1 kunnen op nog efficiëntere en effectievere wijze monopiles worden geïnstalleerd in de zeebodem. Het GBM works concept wordt hierbij opgenomen in het koppelstuk, dat is verbonden met de monopile.

Beide concepten kunnen tot wederzijds voordeel worden ingezet en wel om de volgende redenen: ~ Door de inzet van de combinatie van GBM works & de uitvoeringsvormen zoals hierboven beschreven zullen de benodigde axiaalkrachten om de monopile in de zeebodem te drukken afnemen, Hierdoor kunnen de afinetingen van de geometrie van het systeem volgens de uitvinding (zuiger en behuizing 1) substantieel worden verkleind, - In het geval een hybride systeem 2 of hybride systeem 3 kunnen eveneens de afmetingen van de hydraulische cilinders worden verkleind.

= Onder handhaving van de geometrie van het systeem van de uitvinding wordt | in combinatie met het concept van GBM Works de penetratiesnelheid van de monopile in de zeebodem aanzienlijk vergroot, Vergroting van de pompvermogens in de cilinders van het systeem volgens de onderhavige uitvinding zal de penetratiesnelheid van de monopile verder vergroten.

- Inzet van het GBM Works concept {inclusief fluidisatie van grond en zonder trillingsbronnen) in combinatie met de verschillende varianten van het systeem 26 volgens de onderhavige uitvinding maakt een praktisch geruisloze installatie van monopiles of andere constructie-elementen onder water mogelijk.

Een alternatieve installatietechniek om de monopiles te installeren op basis van statische krachten is gebaseerd op de combinatie van het zuiganker en hydraulische cilinders, voortaan te noemen het hydraulische systeem.

Zie figuren 18a en 18b, Het hydraulische systeem is opgebouwd uit cen cilindervormig zuiganker omvattende een pompcompartiment 7 waarin pompen 40b, leidingwerk en regelventielen 40a zijn opgenomen, Analoog aan het systeem is gen dunwandige holle buis 2 opgenomen die aan de onderzijde is verbonden met de twee cirkelvormige horizontale platen 8 en 9 van het pompcompartiment 7 en aan de bovenzijde met een holle cilindervormige schijf 4 is verbonden, Verder zijn bijvoorbeeld & over de omtrek evenredig verdeelde hydraulische cilinders 45a aan de onderzijde verbonden met de twee cirkelvormige horizontale platen 8 en 9 van het pompeompartiment 7 en aan de bovenzijde middels cilindervormige schijven 46 verbonden met de cirkelvormige plaat 5. De cilinderstangen 45b zijn verbonden met een ronde buizen framewerk 47, Het ronde buizen framewerk 47 is opgebouwd uit met de cilinderstangen 45b verbonden korten kolommen 47a, die met twee ringvormige holle buizen 47b zijn verbonden, De door hydraulische cilinders 29 in radiale richting bekrachtigde uitschuifbare assen 24 {opgenomen in het koppelstuk 25) worden in radiale bussen 47¢ van het ronde buizen framewerk 47 geschoven.

In analogie met het systeem is de onderzijde van het koppelstuk 25 middels in radiale richting bekrachtigde uitschuifbare assen 31 verbonden met gaten 32b aan de bovenzijde van de monopile 26. De uitschuifbare assen 31 worden bekrachtigd door in het koppelstuk 26 opgenomen hydraulische cilinders 30 (niet zichtbaar in figuur 182). Het koppelstuk wordt in vertikale richting middels de met de dunwandige holle buis 2 verbonden geleiderollen 27 langs de dunwandige holle buis 2 geleid.

Teneinde voldoende vertikale aandrukkracht aan te brengen op de bovenzijde van het zuiganker 6 zijn ronde gaten 48 opgenomen in de cilindermantel 1, waardoor de cilinderrnimte aan de binnenzijde van de cilinder 1 direct in contact staat met het buitenwater {zie figuur 18b). Aan de bovenzijde van het zniganker 6 zal de volledige druk van de waterkolom werkzaam zijn op de bovenplaat 8 van het pompcompartiment 7. Aan de bovenzijde is een dunwandige cilinder la opgenomen, die is verbonden met de 27 cilinder 1 en de holle cilindervormige schijf 4. Hierdoor worden de hydraulische cilinders 45 beschermd tegen buitenwater en ontslaat cen grotere stijfheid van de constructie.

Een eenvoudigere uitvoeringsvorm van het hydraulische systeem is weergegeven in figuur 19a en 19b, Eenvoudiger in de zin dat geen cilindervormige bolle schijf en bovenste dunwandige cilinder 1a is opgenomen, waardoor de opwaartse krachten, op het hydraulische systeem, met name in grotere waterdiepten, verwaarloosbaar zijn. De werkwijze van het systeem is gebaseerd op de vertikaal naar beneden gerichte krachten die de cilinderstangen 45 via het ronde buizen framewerk 47 verbonden met het koppelstuk 25 uitoefent op de hieraan verbonden monopile 26. De koppeling tussen het ronde buizenframewerk 47 en het koppelstuk 26 vindt plaats door in het koppelstuk 26 bekrachtigde uitschuifbare assen 24 (zie figuren 5a en 5b) in radiale richting te schuiven in de radiale bussen 47¢, die zijn opgenomen in het is buizenframewerk 47. De bekrachtiging in radiale richting van de assen 24 vindt plaats door in het koppelstuk in radiale richting opgenomen hydraulische cilinders (29 in figuren 5a en 5h). Opvang van de hoge vertikale axiaalkrachten van de hydraulische cilinders 45 vindt plaats door het zuiganker 6. De opgebouwde onderdrok in het zuiganker tov. waterdruk op plaat 8 boven het zuiganker moet voldoende zijn om vertikaal omhoog gerichte krachten van de hydraulische cilinders 43 op te vangen, Hieronder volgt een beschrijving van de werking van het systeem volgens de onderhavige uitvinding, De hydrostatische krachten die werken op een lichaam dat onder water is gedompeld ontstaan door de hydrostatische alzijdige drukken op de oppervlakken van het lichaam, beter bekend als de Wet van Archimedes. Hierdoor ondervindt het lichaam een resulterende opwaartse kracht door de vloeistof die gelijk is aan de gewichiskracht van het volume van het ondergedompelde lichaam. In water bedraagt deze opwaartse kracht Fo = pw * V * 9, waarbij V het Volume van het onderwater gedompelde lichaam is, pw de soortelijke massa van water en g de 39 versnelling van de zwaartekracht.

Het principe van het systeem en werkwijze volgens de onderhavige uitvinding berust op het feit dat de hydrostatische druk pz op het grondvlak of onderste oppervlak praktisch gelijk aan nul is {zie figuur 21), Hierdoor werkt er een 28 resulterende kracht op het grondoppervlak gelijk aan de druk van de vloeistofkolom (pl-pz) * oppervlakte van het grondvlak (A). De druk pl = pw*g*h, waarbij h de hoogte van de cilindrische vloeistoikolom voorstelt, De gearceerde cilindrische kolom met hoogte h, oppervlak A en volume V bevindt zich geheel onder water, Een korie omschrijving van de weergegeven grootheden: Fw: Gewichtskracht van de kolom vanuit het zwaartepunt: Fo: Opwaartse kracht op de kolom vanuit het zwaartepunt; pl): Luchtdruk in de atmosfeer boven het wateroppervlak, ongeveer 1 bar; pl: Absolute druk aan een onderuiteinde van de kolom; Vi Volume van de kolom; A: Oppervlakie van een bovenzijde of onderzijde van de kolom; Do: Diameter van een bovenzijde of onderzijde van de kolony ho: Hoogte van de kolom, De massaloos veronderstelde kolom met hoogte h, oppervlak A en volume V weergegeven in Figuur 21 bevindt zich geheel onder water. De onderzijde van de kolom is voorzien van een zuiganker, Het zuiganker wordt op cen ondergrond gepositioneerd. De druk in het zuiganker bedraagt pz. Hierdoor zal op het bodemviak van de kolom een kracht F werken. De drukken in radiale richting heffen elkaar op en zijn daarom niet weergegeven in figuur 21.

Teneinde een verwaarloosbare opwaartse kracht op het bodemoppervlak van ven afgezonken lichaam op de zeebodem (zie figuur 21) te realiseren kan een zuiganker aan het bodemoppervlak worden toepevoegd. Door het wegpompen van het water uit het door de zijwanden van het zuiganker omsloten (grond)}volume Vg van de zeebodemgrond wordt een statische druk pz op het grondvlak van het Hchaam gerealiseerd die iets hoger is dan gen cavitatiedruk pe van de pomp. De cavitatiedruk is cen drak lets hoger dan de waterdampdruk, De cavitatiedruk Po is de druk waarbij de schoepen van de centrifugaalpomp Juist worden aangetast door imploderende waterdampbellen.

Teneinde de lage statische druk pz in het zuiganker {ten opzichte van de waterdruk pw¥g*h op waterdiepte h) te handhaven is het noodzakelijk om de vanuit de zeebodem toestromende waterstroom naar het zuiganker continue at te voeren naar het buitenwater totdat de monopile in de bodem is aangebracht.

29

Figuur 22 toont de krachten en drukken die werken op een zuiger in de kolom

2. Naast de in Figuur 21 weergegeven symbolen is de belekenis van de overige symbolen als volgt: hl: Positie zuiger ten opzicht van de zeespiegel; ha: Vertikale afstand zuigeroppervlak en wateroppervlak onder de zuiger. Dit is bepalend voor het volume aan waterdamp Vw=hZ* A; h3: Vertikale afstand onder zuiger tot de ondergrond; Fm: Massakracht op zuiger (bijvoorbeeld door de massa van het 19 koppelstuk en de monopile); Fg: Axiale grondreactiekracht (voor penetratie in zeebodem); pz: Druk aan de bovenzijde van het zuiganker.

De monopile wordt in de zeebodem gedrukt op basis van een zuiger-cilinder principe, De statische aandrukkracht op de monopile wordt veroorzaakt door een onderdruk te realiseren op de onderzijde van de zuiger in het zuiger-cilinder systeem. De onderdruk is in feite het drukverschil! tussen de absolute druk pl aan bovenzijde van de zuigerkop en de absolute druk p2 aan onderzijde van de zuigerkop. Het drukverschil (pl-p2) vermenigvuldigd met de oppervlakte A van de zuiger 1 levert een naar beneden gerichte aandrukkracht F = (p1-p2)*A op de zuigerkop en de hiermee verbonden monopile, De onderdruk (pZ-pl} aan de onderzijde van de zuigerkop wordt gerealiseerd door het wegpompen van water onder de zuigerkop. Hierdoor ontstaat bij een bepaalde temperatuur en druk een evenwichtssituatie tussen water en waterdamp onder de zuigerkop.

De aandrukkracht (Fg) op de monopile is afhankelijk van de penetratiediepte {z) van de monopile in de zeebodem, Deze kracht is opgebouwd uit wrijvingskrachten aan de binnen- en buitenzijde van de monopile en sen aandrukkracht op de onderzijde van de monopile, De kracht neemt evenredig met het kwadraat van de penetratiediepte (2%) toe. Hierbij zijn grondreactiekrachten aan te duiden als schuifkrachten: Fas: (Schuifkrachten (binnenzijde en buitenzijde monpopile)): Fgs= (Ln) g- p_w)* n"D*0,5 * zB IN (BD po Soortelijke massa grond (2103 kg?) 30 pw: Soortelijke massa water (1519 kg/m 1 Porositeit (0,1) B: Dimensicloze ‘skin friction factor (8,36) D: Diameter monopile {m) 2 Penetratiediepte monopile in zeebodem, en ‘Bearing’ krachten: Fb; Fh=(1-ny* po gep Ww) za D¥ 1 Ng IN] 32} to Wanddikte monopile {25 tot 75 mm) Nag: Dimensicloze ‘bearing resistance factor” {50}.

Indien bij een bepaalde penetratiediepts z de aandrukkracht F = {{pl-p2)*A) groter is dan de aandrukkracht Fg(z) plus de compressiedrukkracht Fe zal de monopile verder in de bodem pensireren. De compressie van de waterdamp onder constante temperatuur 'P volgt de algemene gaswet van Boyle-Gay Lussac {pV=nRT). Het krachtenevenwicht op tijdstip t wordt bepaald door de onderstaande formule 3: Fm + (pl-p2*A -Fg{z)-Fo=0 (3) waarbij: Fm = de vertikale massakracht werkend op de zuigerkop; Fgí{z) = de grondreactiekracht werkend op de zuigerkop bij penetratiediepte z van de monopile in de ondergrond; nl = druk boven de zuigerkop; p2 = druk onder de zuigerkop; Ape = compressiedrak (na vertikale verplaatsing van de zuiger), Fe = compressickracht waterdamp op de zuigerkop {= Ape*A); en A = zuigerkopoppervlak.

De bewegingsvergelijking van de zuiger is aïhankelijk van de volgende factoren: ~ Een door de pompen geproduceerde volumestroom (Jv).

- Resulterende krachten werkend op de zuigerkop.

De compressiedrok van de waterdamp volgt op een verplaatsing Az in tijdsduur At. Door een volumeverkleining van het waterdampvolume AV zal de compressiedruk toenemen volgens de geswet pV=nRT, Echter tegelijkertijd zal in tijdstip At het waterdampvolume toenemen door het wegpompen van een volume 31 water van AVp (= Qv*A0, Indien de vertikale daalsnelbeid vz (= Qv/A) van water onder de zuiger door het wegpompen van water gelijk is aan de penstratiesnelheid van de monopile (en hieraan gekoppelde zuiger), zal de compressiedruk Apc gelijk zijn aan nul. Merk op dat bij verplaatsing Az van de zuiger ven vergroting van de grondreactiekracht Fg{z+Az) zal optreden.

Om de zuiger te verplaatsen blijft de belndzing op zijn plaats. Het aan de onderzijde van de behuizing aangebrachte zuiganker blijft daarbij gepositioneerd op en deels in de zeebodem, De absolute drak op de bovenzijde van het zuiganker (p2 + pw*g*h3) moet dus groter zijn dan de absolute druk (pr) aan cen onderzijde van het zuiganker.

VOORBEELDEN Hieronder volgen zen aanlal voorbeelden van praktische uitvoeringsvormen van systeem en monopiles volgens het systeem en werkwijze van de onderhavige uitvinding. L$ 1} Monopile met een D = 12 my; t= 30 num, h = 40 m, Hierbij is D de diameter van een ronde buis, t is de wanddikte, en h is het hoogte / lengie van de buis waaruit de monopile bestaat, Figuren 23 en 24 tonen exemplarische indicaties van de doordringing van de monopile in de ondergrond tegen de tijd (Fig. 23) en de penetratiesnelheid afgezet tegen penetratiediepte (Fig. 24). Monopile Diameter Dm 12m Wanddikte tm 50 mm Hoogte Hin 30m Massa Mei 744 ton Penetratiediepte tan 40 m Koppelstuk Diameter Dk 12m Wanddikte ik 50 mm Hoogte Hk 60 m Massa Mk 890 ton Pompen Vermogen (totaal) Ppt 3.500 kW Debiet (totaal max) Qpt-max 15 ms 32

Regeling Constant vermogen 2} Monopile D = 6m 1 £30 mum, br = 20 m.

Figuren 25 en 26 tonen exemplarische indicaties van de doordringing van de monopile in de ondergrond tegen de tijd (Fig. 23) en de penetratiesnelheid afgezet tegen penetratiediepte (Fig. 26), Monopile Diameter Dm 6m Wanddike im 36 mm Hoogte Hin 30m Massa Mm 133 ton Penetrativdiepte hm 20m Kopnelstuk Diameter Dk óm Wanddikte tk 30 ron Hoogte Hk 30m Massa Mk 133 ton Pompen | Vermogen (totaal) Ppt 2.5300 kW Debiet (totaal max) Qptmax 10 mls Regeling Constant vermogen Voor een praktische uitvoeringsvorm van hel systeem volgens de onderhavige uitvinding zijn voorbeelden van mogelijke technische specifieaties weergegeven in de volgende tabel: Diameter 12 10 {8 16 312 1 [05 i Monopile [m] | : ; } eee me | Massa van het systeem | 6.000 | 3.500 | 1,800 | 750 | 94 127 135 (048 [ton / 10° kg] | | | | | | | | Totale hoogte van het | IO | 55 | systeem [m] | | naaa Nanananana sensaties rsdn sinned nnee ns { Diameter behuizing 1 | 35 117,5 ml | 33 ete Joa EE In] | Co | | i | | ET RET | aN im] Co en ee OS On r eden Lengte monopile 26 | 50 7 25 | 7 | [ra] | | | Lengte monopile 26 | 92 | | 146 TT en koppelstuk 25 [m] u | Hoogtecilinderdeel | 5-10 0 2-6 en Ba van het zuiganker [m] | | | Voordelen van het systeem volgens de nitvinding zijn onder andere dat het geluidsniveau nihil is, of althans zeer laag in vergelijking met conventionele systemen die gebruik maken van een impuls. Het concept is daarmee milieuvriendelijk. Doordat de dunwandige construeties door een hydrostatische kracht in de grond worden gedrukt zijn er geen stootkrachten nodig voor heien. Het ontbreken van hieruit voortvloeiende trillingen zorgt dat er geen noemenswaardige trillingsbronnen aanwezig zijn die de dunwandige constructies dynamisch trillend in de grond duwen.

19 Het systeem heeft een hoge (instelbare) penetratiesnelheid. De combinatie van cilinderoppervlakte, drukverschil op zuiger en pompcapaciteit bepaalt de penetratiesnelheid van dunwandige constructies (damwanden, monopiles ete), Een geschikte combinatie hiervan kan resulteren in een hoge penetratiesnetheid van dunwanige constructies (damwanden, monopiles ete}, ook bij hoge penetraliediepten, Met name in de beginnende installatiefase (over de eerste tientallen meters) kunnen aanzienlijke penetratiesnetheden worden gerealiseerd.

De werkwijze maakt de installatie van monopiles mogelijk zonder kapitaalintensieve kraanschepen of JUVs. Door het kantelen van de drijvende constructie over 90 graden kan een koppeling van een eveneens drijvende monopile plaatsvinden aan het koppelstuk. Dit maakt de beschikbaarheid van kapitaalintensieve kraanschepen of JUVs overbodig.

34

Het systeem is geschikt voor het installeren (van grote uitvoeringen) van fundaties in grote waterdiepten (dieper dan 50 m) in dichtgepakte grondsoorten bij grote penetratiediepten (bijvoorbeeld groter dan 25 m).

Het systeem vraagt cen relatief lage investering, Het systeem heeft relatief lage operationele kosten, Optioneel in combinatie met andere technologieën is het systeem volgens de uitvinding nog efficiënter en goedkoper inzetbaar. Bijvoorbeeld in combinatie met het concept van GBM Works, zoals beschreven in de inleiding, kan door zen geringere vereiste aandrukkracht het systeem volgens de uitvinding tegen nog lagers operationele kosten worden ingezet. Door de kleinere vergiste axiale krachten kan een kleiner gedimensioneerd systeem volgens de uitvinding worden toegepast! met overeenkomstige lagere investeringen en afschrijvinpskosten.

De onderhavige publicatie is niet beperkt tot de hierin beschreven uitvoeringsvormen, Vele wijzigingen zijn daarin mogelijk binnen de strekking van de bijgevoegde conclusies, Kenmerken van verschillende uitvoeringsvormen kunnen bijvoorbeeld worden gecombineerd.

Claims (16)

CONCLUSIER.

1. Een systeem voor het aanbrengen van een constructie-clement onder water, omvattend: - een behuizing (1) - gen zuiganker (6) aangebracht in sen onderste uiteinde van de behuizing omvattende cen pompgedeelte (7); - een buitenbuis {3} verbonden met een bovenste uiteinde van de behuizing; ~ cen binnenbuis (2) omsloten door en verbonden met de buitenbuis; ~ een koppelstuk (25) koppelbaar met het constructie-element {26}; en - ven hydraulisch systeem koppelbaar met het koppelstuk (25) voor het verplaatsen van het koppelstuk en het daarmee verbonden constructie-element ten opzichte van de behuizing. |

2. Het systeem volgens conclusie 1, waarbij het hydraulische systeem een zuigerkop (12) omvat die verschuifbaar is aangebracht in de behuizing tussen het zuiganker {6} en het hovenste uiteinde van de behuizing, en een zoigerbuis (13) die is verbonden met de zuigerkop (12) en die zich uitstrekt en beweegbaar is tussen de binnenbuis (2) en de buitenhuis (3).

3. Het systeem volgens conclusie 2, waarbij het Koppelstuk (25) een buisvormig lichaam omvat dat losmaskbaar verbonden is met de zuigerbuis (13) via ten minsie een eerste connectie-element (24), waarbij de binnenbuis voorzien is van ten minste een sleuf (10); en waarbij het ten minste ene eerste comectis-elentent (24) beweegbaar is in zen overeenkomstige sleuf (10) in de binnenbuis (2).

4. Het systeem volgens conclusie 3, waarbij het koppelstuk (25) ten minste een tweede losmaakbaar connectie-element (30) omvat voor het verbinden van het constructie-element (26) met het buisvormige lichaam van het koppelstuk. 36

“37.

5. Het systeem volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het hydraulisch systeem een drukkamer (28b) omvat aangebracht in de behuizing (1) tussen een onderzijde van de zuigerkop (12) en het zuiganker (6).

6, Het systeem volgens conclusie 5, waarbij het pompeompartiment (7) een of meer pompen (40b} omvat voor het aanpassen van een eerste druk in de drukkamer {28b).

7. Het systeem volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het pompcompartiment {7) een of meer pompen (40b} omvat voor het aanpassen van cen tweede druk in het zuiganker onder het pompcomparinnent.

8, Het systeem volgens cen van de voorgaande conclusies, waarbij het hydraulisch systeem ten minste een hydraulische cilinder omvat die aan cen verste uiteinde is koppelbaar is met het koppelstuk (25) en aan cen ander uiteinde gekoppeld is met de behuizing (1).

9, Het systeem volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de zoigerkop {12} ten minste een tweede pomp {225} omvat voor het aanpassen van gen vloeistofvulling in een zuigercompartiment (23) in de zuigerkop (12).

10. Een werkwijze voor het aanbrengen van cen constructie element onder water, waarbij de werkwijze de stappen omval van! - het verschaffen van een systeem omvattende: - cen behuizing (1); - gen zuiganker (6) aangebracht in een onderste uiteinde van de behuizing en omvattende een pompcompartiment (7); - een buitenbuis (3) verbonden met een bovenste uiteinde van de behuizing; - een binnenbuis {2} omsloten door en verbonden met de buitenbuis; 39 ~ gen koppelstuk (25) koppelbaar met het constructie-element {26}; en 37

- con hydraulisch systeem koppelbaar met het koppelstuk (25) voor het verplaatsen van het koppelstuk {25} en het daarmee verbonden constructie-element {26} ten opzichte van de behuizing (1).

11. De werkwijze van conclusie 10, omvattende de verdere stappen van: ~ het drijvend en in horizontale positie transporteren van het systeem naar een bepaalde locatie; » het kantelen van het systeem van de horizontale positie naar cen vertikale positie; en ~ het afzinken van het systeem in vertikale positie totdat het systeem op de bodem onder water staat.

12. De werkwijze volgens conclusie 11, waarbij de stap van het drijvend en in horizontale positie transporteren van het systeem omvat: - het aanpassen van het drijfvermogen van het systeem door het wijzigen van een vloeistofvulling van onderdelen van het systeem; en ~ het aanbrengen van ven drijfinrichting op het systeem om het systeem in sen hoofdzakelijk horizontale positie te laten drijven,

13, De werkwijze van conclusie 12. waarbij de stap van het kantelen van het systeem van de horizontale positie naar een vertikale positie omvat het wijzigen van het drijfvermogen door het toevoegen van meer vloeistof, en het verschuiven van de drijfnwichting langs de buitenbuis.

28

14. De werkwijze volgens cen van de conclusies 10 tot 13, omvattende de stappen Van: - het in een bodem (302) onder water verankeren van het zuiganker (6) door het creëren van een onderdruk in het zuiganker door het pompcompartiment (7); en « het in de bodem (302) duwen van het constructie-element (26) door het hydraulische systeem, 38

239.

15, De werkwijze volgens conclusie 14, waarbij de stap van het in de bodem duwen omvat het creëren van een onderdruk in een drukkamer (28b) in de behuizing tussen een zuigerkop (12) en het pompeompartiment (7).

16. De werkwijze van conclusie 14 of 15, omvattende de stappen van: » het omhoogbrengen van de zuigerkop (12) voor het maken van een tweede slag; en “ het verder in de bodem drijven van het constructie-element (26) door het creëren van een onderdruk in de drukkamer (28h) in de behuizing tussen de zuigerkop en het pompeompartiment, 39