NO329902B1 - Stabiliserende oppdriftsanordning - Google Patents

Abstract

En stabiliserende oppdriftsinnretning (82; 90) for et hult og ustabilt fundament (1) som skal manøvreres i en vannmasse (W), innbefatter minst en nedre bæreseksjon (84; 94a,b) forflytebæring av elementet (1), samt et antall søyler (83a,d; 93) som rager i en retning generelt oppover når stabiliseringsinnretningen flyter i vannet. Søylene innbefatter ett eller flere hule rom for holding av ballastvann. Fordelaktig innbefatter innretningen moduler, idet hver modul (90a,b) innbefatter en form som er komplementær med et korresponderende område av elementet (1) og med anslagsmidler (91) på elementet, idet innretningen gir flytebæring for elementet 1.

Description

Oppfinnelsen vedrører innretninger for understøttelse av flytende konstruksjoner under sammensetting, slep og installering på havbunnen. Mer særskilt vedrører oppfinnelsen en stabiliserende oppdriftsinnretning for et element som skal manøvreres i en vannmasse.

Det økende behovet for utnyttelse av gjenvinnbare energikilde har forsterket behovet for vindkraftgenerering offshore. Dette fordi vindforholdene offshore er mer gunstige enn på land, og fordi miljøpåvirkningen er meget mindre. Det foreligger et økende behov for konstruksjoner som på en sikker og pålitelig måte kan bære tunge vindturbiner i en betydelig høyde over havnivået. Bærestrukturen innbefatter vanligvis et skaft, eller tårn, festet til havbunnen, enten direkte ved hjelp av et fundament, eller flytende og forbundet med havbunnen ved hjelp av et fortøyningsarrangement. Foreliggende oppfinnelse vedrører forstnevnte type, nemlig de faste bærekonstruksjonene.

Typisk faste bærekonstruksjoner for vindturbiner i dag, under planlegging og/eller patentert og beskrevet i offentlig tilgjengelige kilder, er i hovedsaken kjennetegnet som følger: 1. Som følge av praktiske begrensninger er hele bærekonstruksjonen delt i to deler, nemlig i et fundament og et tårn, og tårnet blir in situ montert på det på forhånd installerte fundamentet. 2. Fundamentet festes i havbunnen ved hjelp av neddrevne eller nedborede peler (enten et antall peler eller monopeler med stor diameter), eller fundamentet settes direkte på et kunstig gruslag som kan overføre belastninger fra vindtårnkonstruksjonen til havbunnen.

Eksisterende metoder for levering av fundamenter fra noen leveringssteder kan ikke tilfredsstille kravene om høy fremstillings- og installasjonsrate, dvs. antall enheter som kan fremstilles og installeres i løpet av én installeringssesong. Eksisterende løsninger som bruker tyngdekraften for festing av fundamentet til havbunnen, istedenfor ulike løsninger som baserer seg på pelefundamenter (dvs. bruk av konvensjonelle peler i grupper eller såkalte monopeler), er kjent å ha betydelige begrensninger som følge av vekten, vanndypet på installasjonsstedet så vel som vanndypet på utlastingsstedene og langs transportruten.

WO 03/080939 beskriver en fundamentkonstruksjon for et vindturbintårn eller lignende, for installering på havbunnen. Fundamentkonstruksjonen kan manøvreres til offshoreposisjonen ved hjelp av et fartøy og separate (og fjernbare) flytemidler. Disse flytemidlene må være relativt store for å kunne gi stabilitet. Når den er brakt i posisjon, blir konstruksjonen senket mot havbunnen, og det benyttes en pumpemekanisme for å senke en nedre del av konstruksjonen (eksempelvis skjørt) inn i havbunnen. Når fundamentkonstruksjonen er forankret (eller pelet) på plass på havbunnen, kan den bære vindturbintårnet.

For å lette fremstillingen, utlastingen, slepingen og installeringen av fundamentet, er det ønskelig å utforme fundamentene som hule og relativt lette konstruksjoner, idet det hule indre deretter ballasteres (med grus, etc.) i forbindelse med installeringen på havbunnen. Et eksempel på et slikt fundament beskrives i den norske patentsøknaden 20082860. Et problem med fundamenter av denne typen er deres iboende ustabilitet i vannet i fasene mellom fremstillingen på eller ved land

(med bare delvis fylling med ballastmateriale) og den avsluttende installeringen på havbunnen (hvor det hule fundamentet fylles med ønsket mengde ballastmateriale). Konstruktive tiltak for eliminering av ustabiliteten vil ofte medføre økt størrelse og økte kostnader for konstruksjonen. Førstnevnte betyr større hydrodynamiske belastninger som vil kreve mer ballast, hvilket gir ekstra kostnader og lengre installeringstid.

Det foreligger derfor et behov for en innretning for tilveiebringelse av stabilitet og oppdrift til fundamentet i disse fasene under sammensetningen på eller ved land, utsleping og installering når fundamentet ikke er stabilt, dvs. under overføringen fra et mindre dypgående og til et større dypgående, mens det ballasteres.

GB 1 257 663 Al, FR 2 887 900 Al, FR 2 449029 Al og FR 2 470 822 Al beskriver alle flytende stabiliseringsanordninger til bruk for å manøvrere et element i vann.

Oppfinnelsen er angitt og kjennetegnet i hovedkravet, mens de uselvstendige kravene beskriver andre inventive kjennetegn.

Innretningen ifølge oppfinnelsen innbefatter en stabiliserende oppdriftsinnretning for et element som skal manøvreres i en vannmasse, kjennetegnet ved minst én nedre bæreseksjon innbefattende en eller flere ballasterbare hule legemer for flytebæring av elementet, og et antall søyler som strekker seg i en retning i hovedsaken oppover når stabiliseringsinnretningen flyter i vannet, hvorved behovet for å utforme elementet slik at der er oppdriftsmessig stabilt ved overføring i en vertikal tilstand er eliminert.

Søylene og/eller det nedre bæreavsnittet innbefatter ett eller flere hule rom for ballastvann.

Elementet innbefatter fordelaktig et hult og i visse dybdeområder ustabilt fundament.

I én utførelse innbefatter den nedre bæreseksjonen et bæreareal som elementet kan plasseres på.

Søylene er fordelaktig forbundet med den nedre bæreseksjonen via respektive armer som rager ut i en avstand fra den nedre bæreseksjonen.

I én utførelse innbefatter innretningen en første modul og en andre modul, idet hver modul innbefatter en respektiv nedre bæreseksjon og et antall søyler som rager ut fra den nedre bæreseksjonen.

Hver modul innbefatter fordelaktig en form som er komplementær med et korresponderende område på elementet, og med anslagsmidler på elementet, idet innretningen gir flytebæring for elementet.

I én utførelse innbefatter hver modul respektive krokforbindelser, idet modulene kan være sammenkoblet for danning av en enhetlig stabiliserende oppdriftsinnretning.

I den første utførelsen blir elementet fløtet løs fra innretningen, og elementet må således utformes med tilstrekkelig flytestabilitet i forbindelse med utfløtingen. I den andre utførelsen muliggjør innretningen en friløfting av elementet fra havbunnen på mindre dyp, og en plassering av elementet på havbunnen i dypere vann uten krav om flytestabilitet i noen av fasene.

Foreliggende oppfinnelse introduserer et antall parametere og strukturell kompatibilitet ved å bruke ulike materialtyper som kan brukes for optimering av tilveiebringelsen av klar for bruk bærere for offshorevindfarmer. Det oppnås de følgende fordelaktige aspekter: 1. Transport til stedet på dekket til lektere og fartøy elimineres eller reduseres i betydelig grad. 2. Det er ikke nødvendig med separate oppdriftselementer under utslepet, heller ikke i alternative utførelser. 3. Plassering på plass (overføring fra transportstillingen til bruksstillingen) skjer ved tilføring av ballast og ikke med bruk av løfting,

4. Det er ikke behov for store offshorekraner.

I tillegg til de lavere totale kostnader byr oppfinnelsen også på løsning på problemer som man kjenner fra de kjente løsninger: 1. Muligheten for levering av fundamenter fra samlingsstedene gir mulighet for arbeider i moderat dimensjonerte områder og bruk av fartøyer med lite dypgående, slik at man derved utvider mulighetene for fremstillingssteder.

2. Øket fremstillings- og installasjonsrate.

3. Redusert fare for at dårlig vær skal forstyrre installeringen.

4. Redusert behov for spesialfartøy.

5. Det blir mulig å tilpasse overbygninger (tårn, vindgenerator, etc.) på fundamentkonstruksjonen ved eller nær land, før utslepet til installasjonsstedet.

Disse og andre kjennetegn ved oppfinnelsen vil gå frem av den etterfølgende beskrivelse av en foretrukket utførelsesform, under henvisning til tegningen, hvor: Fig. 1 er et sideriss av en første utførelse av den stabiliserende oppdriftsinnretningen ifølge oppfinnelsen, idet innretningen her bærer et fundament i en vannmasse, Fig. 2 er et sideriss av utførelsen i fig. 1, og viser fraskillingen av stabiliseringsinnretningen og fundamentet,

Fig. 3 er et grunnriss av fundamentet og stabiliseringsinnretningen i fig. 1,

Fig. 4 er et sideriss av en andre utførelse av en stabiliserende oppdriftsinnretning ifølge oppfinnelsen, her understøttende et fundament i en vannmasse, Fig. 5 er et sideriss av utførelsen i fig. 4, og viser en sammenkoblingssekvens, og Fig. 6 er et grunnriss av et element av stabiliseringsinnretningen i fig. 5, forbundet med et fundament. Fig. 1 viser en første utførelse av en stabiliserende oppdriftsinnretning 82 som flyter i en vannmasse W og bærer et fundament 1. Fundamentet 1 kan være en bærekonstruksjon, eksempelvis for et vindturbintårn, som kan være forbundet med den øvre enden av fundamentet før eller etter at fundamentet er installert på en havbunn. Et eksempel på et slikt fundament er vist og beskrevet i den norske patentsøknaden 20082860.

I den situasjonen som er vist i fig. 1 er den stabiliserende oppdriftsinnretningen 82 ballastert for derved å oppnå tilstrekkelig dypgående i vannet eller kjølklaring for det flytende fundamentet. Fundamentet 1, som ennå ikke eller eventuelt kan være komplettert eller ballastert, er fløtet til en posisjon mellom søylene 83a-d i den ballasterte stabiliserende oppdriftsinnretningen, og deretter er den stabiliserende oppdriftsinnretningen deballastert slik at fundamentet 1 som vist i fig. 1 vil hvile på et nedre avsnitt 84 av den stabiliserende oppdriftsinnretningen 82.1 denne posisjonen er fundamentet 1 klart for ballastering, dvs. overføring fra et mindre dypgående og til et større, for utslep til installeringsstedet.

I fig. 2 er den stabiliserende oppdriftsinnretningen 82 ballastert enda mer enn som vist i fig. 1, helt til det er oppnådd en tilstrekkelig klaring mellom fundamentet 1 og den nedre delen 84. Fig. 2 viser en typisk situasjon hvor fundamentet 1, med adekvat ballastering, har nådd frem på et sted med en vanndybde tilstrekkelig for gjennomføring av slepet til installeringsstedet. Pilene i fig. 2 indikerer en nedoverrettet bevegelse av innretningen 82 og at fundamentet 1 nå er klar for sleping mens den stabiliserende oppdriftsinnretningen 82 kan brukes om igjen for neste fundament når dette ballasteres, i en fase i hvilken fundamentet ikke er stabilt.

Fig. 3 er et grunnriss av den stabiliserende oppdriftsinnretningen 82 og fundamentet 1 i fig. 1 og 2.

Som vist i fig. 1-3 innbefatter denne første utførelsen av den stabiliserende oppdriftsinnretningen 82 en nedre bæreseksjon 84, med et bæreareal hvor fundamentet kan plasseres. Opp fra den nedre bæreseksjonen 84 går det fire søyler 83a-d. I den viste utførelsen er hver søyle 83a-d forbundet med et respektivt område av hvert av de fire hjørnene i den nedre bæreseksjonen. Som vist i fig. 3 er søylene 83a-d forbundet med den nedre bæreseksjonen 84 ved hjelp av respektive utragende armer 85, i en avstand d fra de respektive hjørneområdene av den nedre bæreseksjonen.

Både den nedre bæreseksjonen 84, armene 85 og søylene 83a-d innbefatter hule legemer, eksempelvis adskilt ved hjelp av innvendige skillevegger (ikke vist), hvilke hule legemer kan fylles med ballastfluid på en styrt måte via ventiler og åpninger (ikke vist). Søylene er utformet slik at en øvre del rager opp over vannflaten, selv når innretningen er i en ballastert tilstand.

Avstanden d kan, sammenlignet med bærearealet på den nedre bæreseksjonen 84, være dimensjonert for tilveiebringelse av den mest gunstige stabiliteten for den aktuelle bruken.

Med en slik stabiliserende oppdriftsinnretning kan et fundament 1 bæres under overføringen fra en grunn og til en dypgående tilstand mens det bare er delvis ballastert. Den stabiliserende oppdriftsinnretningen eliminerer behovet for en utforming av fundamentet slik at det vil være oppdriftsmessig stabilt under en slik overføring i en vertikal tilstand. Det er derfor ikke nødvendig å tilføre vekt til fundamentet før det er i en posisjon for installasjon på havbunnen. Dette betyr besparelser i form av redusert størrelse for fundamentets 1 legeme.

En andre utførelse av den stabiliserende oppdriftsinnretningen ifølge oppfinnelsen skal nå beskrives under henvisning til fig. 4-6.

I denne andre utførelsen innbefatter den stabiliserende oppdriftsinnretningen 90 to moduler 90a,b. Hver av disse har en form som er komplementær med formen til et nedre område av fundamentet 1. Fig. 6 viser hvordan én modul 90a er tilpasset rundt halvparten av fundamentets 1 omkrets.

Hver modul 90a,b innbefatter en respektiv nedre seksjon 94a,b som er utformet for forbindelse med og/eller anlegg mot en korresponderende del av fundamentet 1. En slik kontaktdel kan være en flens 91 på fundamentet, hvilket er beskrevet nærmere nedenfor under henvisning til fig. 5.1 den viste utførelsen er fundamentet og dets komplementære kontaktområde på hver av modulene 90a,b sirkulære legemer. Det kan imidlertid tenkes andre former, alt innenfor den inventive rammen.

Et antall søyler 93 er forbundet med hver nedre seksjon 94a,b og strekker seg oppover når innretningen flyter i vannet. Hver nedre seksjon 94a,b og søylene 93 innbefatter hule legemer, eksempelvis adskilt med innvendige skillevegger (ikke vist), som kan fylles med ballastfluid på en kontrollert måte via ventiler og åpninger

(ikke vist). Søylene er utformet slik at en øvre del vil rage opp over vannets overflate, selv når innretningen er i en ballastert tilstand.

Fig. 4 viser et sideriss av det flytende fundamentet 1 hvortil den modulære stabiliserende oppdriftsinnretningen 90 er forbundet. Den vertikale bæreforbindelsen mellom hver av modulene 90a,b i innretningen 90 og fundamentet 1 tilveiebringes av et flenselement 91 på den nedre delen av fundamentet (se fig. 5). Forbindelsen mellom de to modulene 90a,b skjer ved hjelp av respektive krokforbindelser, kiler eller lignende. Hver modul 90a,b har et respektivt krokelement 92a,b. Krokelementet 92a på den første modulen 90a vender nedover, mens krokelementet 92b på den andre modulen 90b vender oppover.

Gjennomføringen av forbindelsen mellom den modulære innretningen 90 og fundamentet 1 er vist i fig. 5. Der er den første modulen 90a ballastert, og er beveget til anlegg mot fundamentet, og modulen er deballastert tilstrekkelig slik at den går mot flenselementet 91. Pilen i fig. 5 indikerer at den andre modulen 90b er beveget mot fundamentet i en ballastert tilstand, med et større dypgående enn den første modulen 90a. Når den andre modulen 90b er på plass mot fundamentet 1, deballasteres den andre modulen. Derved stiger den til anslag mot flenselementet 91, og krokelementene 92b vil låse seg sammen med krokelementet 92a på den første modulen 90a. På denne måten er det dannet en stiv bærekonstruksjon 90 for fundamentet.

Den forbindelsesprosessen som er beskrevet foran i forbindelse med fig. 5, kan gjennomføres når fundamentet hviler på havbunnen, eksempelvis ved en samling ved en nærliggende kai, eller når det flyter i vannet, og ennå ikke er ballastert eller gjort ferdig.

Som nevnt foran er modulene 90a,b og de tilhørende søylene 93 utformet som hule legemer, fortrinnsvis med en form som omslutter fundamentet langs dets omkrets, eksempelvis sirkulært som vist i figurene. Hver moduls 90a,b legeme innbefatter en nedre seksjon 94 som ligner på en pongtong, og et antall vertikale søyler 93. De første og andre modulene 90a,b i den modulære flytende innretningen 90 er utformet for fri flyting (dvs. ikke tilknyttet fundamentet) i en stabil vertikal stilling. I denne fasen blir den nedre seksjonen 94 fylt med ballastvann. Finjusteringer av dypgåendet, som nødvendig for sampassing med fundamentet og for frigjøring, gjennomføres ved å endre mengden av ballastvann i én eller flere bestemte vertikale søyler 93. Den nedre seksjonen 94 er utformet slik at den enten vil være vannfylt eller tom, slik at det således ikke finnes noen fri vannoverflate under operasjonene. Videre reduseres bølgeinduserte bevegelser sterkt som følge av den konstruktive utformingen av seksjonen.

Fig. 6 er et grunnriss av fundamentet 1 tilknyttet den første modulen 90a, på samme måte som vist i fig. 5. Hensikten med den modulære stabiliserende oppdriftsinnretningen 92 er å tilveiebringe et ekstra vannplanareal for det flytende fundamentet 1 og derved gjøre det stabilt under utslep og installering.

Oppfinnelsen egner seg særlig for leveranser fra samlingssteder med begrenset vanndybde langs sleperuten, for anvendelse i grunne farvann, særlig i området mellom 8 meter og 35 meter.

Claims (8)

1. Stabiliserende oppdriftsinnretning (82; 90) for et element (1) som skal manøvreres i en vannmasse (W), karakterisert vedminst en nedre bæreseksjon (84; 94a,b) innbefattende en eller flere ballasterbare hule legemer for flytebæring av elementet (1), og et antall søyler (83a-d; 93) som strekker seg i en retning i hovedsaken oppover nåTstabiliseringsinnretningen flyter i vannet, hvorved behovet for å utforme elementet (1) slik at det er oppdriftsmessig stabilt ved overføring i en vertikal tilstand er eliminert.

2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert vedat søylene innbefatter ett eller flere hule rom for holding av ballastvann.

3. Innretning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert vedat elementet (1) innbefatter et hult og ustabilt fundamentelement (1).

4. Innretning ifølge et av kravene 1-3, karakterisert vedat den nedre bæreseksjonen (84) innbefatter et bæreareal hvorpå elementet (1) kan plasseres.

5. Innretning ifølge et av kravene 1-4, karakterisert vedat søylene (83a-d) er forbundet med den nedre bæreseksjonen via respektive armer (85) som rager ut en avstand ( d) fra den nedre bæreseksjonen.

6. Innretning ifølge et av kravene 1-5, karakterisert vedat den innbefatter en første modul (90a) og en andre modul (90b), idet hver modul (90a,b) innbefatter en respektiv nedre bæreseksjon (94a,b) og et antall søyler (93) som rager ut fra den nedre bæreseksjonen.

7. Innretning ifølge krav 6, karakterisert vedat hver modul (90a,b) innbefatter en form som er komplementær med et korresponderende område av elementet (1) og med anslagsmidler (91) på elementet, hvorved innretningen kan bære elementet (1) med oppdrift.

8. Innretning ifølge krav 6 eller 7, karakterisert vedat hver modul (90a,b) innbefatter respektive krokforbindelser (92a,b), idet modulene (90a,b) kan forbindes med hverandre med disse, for dannelse av en enhetlig stabiliserende oppdriftsinnretning (90).