PT1750994E - Sistema de ancoragem para construção flutuante. - Google Patents

Description

PE1750994 1 DESCRIÇÃO "SISTEMA DE ANCORAGEM PARA CONSTRUÇÃO FLUTUANTE" A invenção refere-se a um sistema de ancoragem para uma construção flutuante e provida com elementos alongados, com os quais uma massa é suspensa da construção flutuante, e a construção flutuante está ligada com os membros de ancoragem. De modo a manter a construção flutuante no seu lugar, na direcção horizontal, o sistema de ancoragem necessita de ser capaz de absorver as forças do meio ambiente, resultantes do vento, das correntes, das ondas e de outros elementos sobre a construção flutuante, e ser capaz de proporcionar uma força de restabelecimento. Estas forças têm uma parte que é constante no tempo e uma parte que é variável no tempo, força essa que move a construção flutuante, tais como rajadas de vento, mudanças de correntes devido ao vento e marés, e ondas que se movem para a frente e para trás, bem como ondas dispersas.

Um sistema de ancoragem pode ser feito para ser tão forte e rigido que o movimento da construção flutuante é largamente impedido, no entanto, os sistemas de ancoragem são frequentemente concebidos de maneira que o movimento da construção flutuante é permitido e a média das forças do meio ambiente pode ser absorvida. Um tal sistema de ancoragem que é suficientemente forte para absorver as 2 ΡΕ1750994 forças do meio ambiente e suficientemente flexível para permitir os movimentos, proporciona uma ligação entre a construção flutuante e o fundo do mar. A ligação ao fundo do mar debaixo da construção flutuante pode ser realizada com a ajuda de um elemento de ancoragem, tal como exemplo um objecto pesado, uma âncora clássica, uma estaca espetada ou uma âncora de sucção, enquanto a ligação entre o elemento de ancoragem e a construção flutuante é frequentemente realizada por meio de elementos alongados, tais como por exemplo cordas, correntes, cabos de aço ou cabos de plástico.

Neste caso, a absorção das forças que tentam mover a construção flutuante e geram a desejada força de restabelecimento podem ser realizadas ao proporcionar-se elementos alongados, com a flexibilidade e a resistência suficientes para este fim. Neste caso, a flexibilidade é determinada pela característica de mola dos elementos alongados, e a forma assumida pelos mesmos. Factores que jogam um papel neste caso são o peso e o comprimento do elemento alongado, a profundidade da água e a tensão variável no elemento alongado. Além disso o elemento alongado pode ainda ser composto de diferentes materiais e formas de realização. Assim, um sistema de ancoragem pode ser concebido para um uso específico. Contudo, uma tal realização permanece problemática num sistema de ancoragem para águas relativamente pouco profundas, e movimentos horizontais relativamente grandes. Em particular, se estiver envolvido um sistema de ancoragem que é permanente, 3 PE1750994 como por exemplo para turbinas eólicas flutuantes, em águas pouco profundas, tal como por exemplo numa plataforma continental do mar do norte, isso só pode ser realizado nesse caso com custos elevados.

Tal como é conhecido do documento US-A-5, 107 784, que é considerado como sendo a técnica anterior mais semelhante, é também possível gerar a força de restabelecimento com a ajuda de uma massa suspensa da construção flutuante. Neste caso, os elementos alongados correm sobre roldanas de maneira que, após o deslocamento da construção flutuante a partir da sua posição inicial, a massa move-se para cima, de maneira que após o desaparecimento da força que provocou o movimento, a construção flutuante é de novo devolvida à sua posição inicial pela descida da massa. Contudo, ao utilizar-se roldanas e mais particularmente roldanas debaixo de água, e elementos alongados correndo sobre as mesmas, o sistema de ancoragem torna-se dispendioso, com uma manutenção constante e complicada. Isto é tanto mais verdadeiro que, para uma boa acção de restabelecimento, é feito uso de elementos alongados que se cruzam entre si, e particularmente na localização da massa móvel suspensa. A invenção contempla um sistema de ancoragem que ultrapassa os problemas acima mencionados, ao proporcionar um sistema relativamente simples, o qual não tem uma grande manutenção, e que além disso proporciona um restabelecimento óptimo, após um deslocamento horizontal ou 4 PE1750994 uma rotaçao em torno do eixo vertical.

Isto é conseguido de acordo com a invenção com um sistema de ancoragem do tipo descrito no paragrafo de abertura e conhecido do documento US-A-5,107,784 ao suspender-se uma massa na construção flutuante, por meio de um elemento portador alongado, tendo um comprimento fixado, cujo elemento portador alongado é ainda proporcionado com pontos de ligação para pelo menos dois elementos de ancoragem alongados, em que pelo menos um elemento de ancoragem alongado se estende pelo menos na posição inicial substancialmente na horizontal a partir do ponto de ligação para um ponto de fixação com um elemento adicional auxiliar alongado, o qual se estende, pelo menos na posição inicial, substancialmente na vertical para baixo entre um ponto de ligação na construção flutuante e o ponto de fixação com o elemento de ancoragem alongado, o qual se estende para baixo com uma inclinação a partir do ponto de fixação para um membro de ancoragem disposto sobre o fundo submarino ou no seu interior. Através destas medidas, consegue-se que, após um deslocamento horizontal da construção flutuante, a massa suspensa de um elemento portador alongado é, devido à sua ancoragem flexível, inicialmente puxada para cima com uma ligeira inclinação, por meio dos elementos de ancoragem alongados, e depois após o desaparecimento da força que provocou o deslocamento horizontal, a massa cai para baixo, para a sua posição inicial, guiada pelos elementos alongados, e assim o deslocamento horizontal que ocorreu é desfeito. Além disso, após uma rotação da construção 5 ΡΕ1750994 flutuante, os elementos alongados portadores e elementos auxiliares irão assumir uma posição inclinada, com rotação relativamente uns dos outros, de maneira que em resultado do mútuo acoplamento, através dos elementos de ancoragem alongados, a massa suspendida de um elemento portador alongado é puxada para cima, e assim é criado um binário de restabelecimento qual desfaz a rotação, quando a causa que provocou a rotação é removida ou quando essa causa é atenuada. Em ordem a optimizar este restabelecimento é possível que o vector de forças gerado pelo peso da massa ou pelas massas combinadas passe através do centro gravidade da construção flutuante.

Se for feito uso de uma massa, que é de preferência suspensa centralmente isto é, na perpendicular debaixo do centro de gravidade da construção flutuante, então de acordo com uma forma de realização adicional da invenção é preferível que pelo menos dois elementos de ancoragem alongados se estendam, pelo menos na posição inicial, substancialmente na horizontal a partir de um ponto de ligação para um ponto de fixação com um elemento auxiliar alongado adicional, e que em cada caso se estendam com inclinação a partir do respectivo ponto de fixação para o membro de ancoragem proporcionado sobre o fundo submarino ou no seu interior. Assim, após uma rotação da construção flutuante, pelo menos dois elementos auxiliares alongados são rodados relativamente um ao outro, e assim é gerado um binário de restabelecimento. 6 ΡΕ1750994

Se for feito uso de mais do que uma massa, então isto pode ser realizado de maneira que, pelo menos um elemento auxiliar alongado carregue uma massa na maneira de um elemento portador alongado, de maneira que o elemento portador alongado forme um elemento auxiliar alongado para o elemento portador alongado e vice-versa. Uma forma de realização particularmente vantajosa pode ser realizada se pelo menos três elementos portadores alongados estiverem presentes, enquanto em cada caso pelo menos dois elementos portadores alongados actuam como elementos auxiliares alongados, para um elemento portador alongado adicional, enquanto as massas suspensas dos elementos portadores alongados têm então de preferência pesos iguais, e são dispostas duma maneira simétrica, radialmente em torno do centro da gravidade da construção flutuante. Neste caso, em que há três elementos portadores alongados é preferível que eles estejam em cada caso ligados dois a dois por elementos alongados de igual comprimento, de maneira que as três massas suspensas dos elementos portadores alongados estão dispostas na forma de um triângulo equilátero, cujo centro de gravidade está pelo menos na posição inicial localizado precisamente debaixo do centro de gravidade da construção flutuante.

No caso de ser feito uso de um elemento portador alongado com uma massa suspensa do mesmo, pode ser obtida uma construção semelhante, rotacionalmente simétrica, se estiverem presentes adicionalmente três elementos auxiliares alongados, enquanto cada elemento portador 7 ΡΕ1750994 alongado está em cada caso ligado por um elemento alongado de igual comprimento, com um ponto de fixação de um elemento auxiliar alongado.

De maneira a tornar o deslocamento da massa tão grande quanto possível após uma rotação da construção flutuante, é ainda preferido que um ponto de ligação do elemento alongado esteja na proximidade de um ponto de ligação da massa. Neste caso, é notado que uma massa necessita de ser suspensa a uma tal altura acima do fundo do mar que, mesmo com deslocamentos verticais máximos elevados, ela não irá contactar o fundo do mar, de modo a assim impedir impactos sobre o sistema.

Se dependendo das condições, for preferível proporcionar um sistema de ancoragem com uma rigidez rotacional mais elevada isto pode ser proporcionado de acordo com uma forma de realização adicional da invenção, se uma parte do elemento de ancoragem alongado correr para baixo com uma inclinação, a partir de um ponto de ligação ou de fixação, em cada caso, com uma forma dividida, por exemplo em forma de V, em direcção a um membro de ancoragem.

Com referência às formas de realização mostradas nos desenhos, apesar de exclusivamente a título de exemplos não limitativos, o sistema de ancoragem de acordo com a invenção será agora discutido mais em detalhe. Nos desenhos: PE1750994 A figura 1 mostra uma primeira forma da realização de um sistema de ancoragem de acordo com a invenção numa vista em alçado; A figura 2 mostra um corte transversal ao longo da linha II-II da figura 1; A figura 3 mostra uma segunda forma de realização num sistema de ancoragem de acordo com a invenção numa vista em alçado; A figura 4 mostra um corte transversal ao longo da linha IV-IV da figura 2; A figura 5 mostra uma terceira forma da realização de um sistema de ancoragem de acordo com a invenção numa vista em alçado; A figura 6 mostra um corte transversal ao longo da linha VI-VI da figura 5; A figura 7 mostra esquematicamente uma quarta forma de realização; e A figura 8 mostra esquematicamente uma quinta forma de realização.

As figuras 1 e 2 mostram uma construção flutuante na forma de um pontão 1, o qual é mantido no 9 PE1750994 lugar por meio de um sistema de ancoragem. O sistema de ancoragem é proporcionado com uma massa 3 suspensa de um elemento portador 2 colocado centralmente por debaixo do pontão 1, cuja massa 3 é mantida no lugar por três elementos de ancoragem 4 os quais, como é mostrado na figura 2 estão dispostos de uma maneira simétrica circunferencial em torno da massa 3, e estão por um lado ligados com o elemento portador 2 directamente acima da massa 3,e estão por outro lado fixados no fundo submarino por meio de uma âncora 5. Além disso, a partir do pontão 1 estendem-se três elementos auxiliares 6, os quais estão ligados cada um com um dos elementos de ancoragem 4 num ponto entre a massa 3 e a âncora 5. Tudo isto foi preparado de tal maneira tal que, numa posição inicial neutral, como mostrado na figura 1, o elemento portador 2 e os elementos auxiliares 6 se estendem substancialmente na vertical, as partes dos elementos de ancoragem 4 entre a fixação com o elemento portador 2 e com o elemento auxiliar 6 correm substancialmente na horizontal e as partes do elemento de ancoragem 4 inclinam-se para baixo a partir da sua fixação com o elemento auxiliar 6 em direcção à âncora.

Deve notar-se que os elementos portadores, de ancoragem e auxiliares estão indicados como sendo fios. Contudo, eles podem também ter qualquer outra forma diferente apropriada e desejável, tais como cordas, correntes, cabos de plástico ou de aço, e outros semelhantes, ou combinações de tais formas de realização. Se desejado, e dependendo das condições nas quais a 10 ΡΕ1750994 ancoragem deve ter lugar, podem ser ligados a estes elementos bóias ou pesos. Também, pelo menos partes dos elementos podem consistir de um ou mais elementos de reforço ou rígidos. Além disso, as figuras apenas mostram uma vista esquemática do sistema de ancoragem. Assim, as partes inclinadas dos elementos de ancoragem 4 podem ser consideravelmente mais longas do que é mostrado nas figuras. A figura 1 mostra estas partes de alguma forma arqueadas sob o seu próprio peso. Este facto, e a elasticidade destes elementos alongados 2, 4, 6 proporcionam que o sistema de ancoragem tenha uma certa flexibilidade, para além de outros factores, tais como a profundidade das águas, e as tensões nos elementos alongados.

Se for exercida uma força sobre o pontão 1 por exemplo pela acção de uma onda, vento ou corrente, cuja força empurra o pontão 1 para a direita na figura 1, então a parte inclinada do elemento de ancoragem 4, referenciado pelo número de referência 4a irá ficar sob uma maior tensão do que as partes inclinadas designadas por 4b e 4c dos dois outros elementos de ancoragem 4. Por meio desta retenção flexível a massa será capaz de mover-se menos para a direita do que o pontão 1, o que faz com que a massa 3 suspensa do elemento portador a 2 assuma então uma inclinação para se mover para cima. Após o desaparecimento da força que tenta afastar o pontão 1 para a direita, o pontão 1 irá retornar à sua posição de força neutral de equilíbrio isto é, à posição mostrada na figura 1 devido ao 11 PE1750994 peso da massa 3 e com a ajuda do jogo de forças dos vários elementos 2, 4 e 6.

Se a força exercida (também) resultar em que o pontão 1 começa a rodar em torno do eixo vertical, então a retenção flexível das extremidades inferiores dos elementos auxiliares 6 e a rotação relativa simultânea dos pontos de ligação no pontão 1, irá resultar em que os elementos auxiliares 6 assumirão uma posição inclinada, e assim puxarão os elementos 4 e 4a e opcionalmente a massa 3 para cima. Após desaparecimento da força que tentou rodar o pontão 1, o pontão irá de novo retornar à sua posição de força neutral de equilíbrio isto é, à posição mostrada na figura 1, devido ao peso da massa 3 e com a ajuda do jogo de forças dos elementos 4 e 6.

Se desejado o sistema de ancoragem pode ter uma constituição reforçada de maneira que, em cada caso, se ligam mutuamente dois pontos de fixação dos elementos auxiliares 6 com os elementos de ancoragem 4, por meio de um elemento de suporte alongado 7, como é mostrado pelas linhas a traço interrompido na figura 2. Desse modo, por assim dizer, são criadas duas superfícies ligadas pelos elementos auxiliares 6, as quais são rodadas relativamente uma à outra após rotação do pontão 1.

As figuras 3 e 4 mostram uma construção flutuante na forma de uma plataforma 11 com um estrado que é mantido a uma certa distância acima da superfície da 12 ΡΕ1750994 água, por meio de três corpos flutuantes. A plataforma 1 é mantida no lugar com um sistema de ancoragem proporcionado com três massas 13a, 13b e 13c, as quais estão cada uma suspensas de um elemento portador 12a, 12, e 12c, que são mutuamente ligados por elementos de suporte 17a, 17b e 17c, ligados mesmo por cima das massas 13a, 13b e 13c, enquanto a partir dos pontos de ligação nos elementos de suporte 17a, 17b e 17c se prendem em cada caso, dois elementos de ancoragem 18al, 18a2 e 18bl, 18b2 e 18cl e 18c2 que se estendem em direcção a uma âncora 15. Como mostra a figura 4, em cada caso estão dois elementos de ancoragem em linha com um elemento de suporte. A operação deste sistema de ancoragem é essencialmente a mesma daquela que foi descrita com referência às figuras 1 e 2. Após um deslocamento lateral ou após uma rotação da plataforma 11 a massa será puxada para cima e os elementos alongados serão colocados sob maior tensão. Após a queda da força que provocou o deslocamento ou a rotação, a plataforma 11 irá de novo retornar à sua posição inicial de força neutral, de uma maneira que foi explicada no texto acima.

Deve notar-se que devido, ao uso de múltiplas massas, o sistema de ancoragem na realidade consiste de um número de partes que são mutuamente integradas e mutuamente relacionadas. Assim, a massa 13a suspensa de um elemento portador 12a pode ser considerada como estando fixa por 4 elementos de ancoragem, nomeadamente, o elemento de 13 ΡΕ1750994 ancoragem 18al, o elemento de ancoragem 18a2, e o elemento de suporte 17a com o elemento de ancoragem 18b2 e o elemento de suporte 17c com o elemento de ancoragem 18cl que estão em linha com os mesmos. Os elementos portadores 18b e 18c, em que cada um carrega uma massa 13b e 13c, actuam adicionalmente como elementos auxiliares como descrito no texto acima para a massa 13a suspensa do elemento portador 12a. Além disso o elemento portador 13b será não apenas o elemento auxiliar para a massa 13a suspensa do elemento 12a, mas também um elemento auxiliar para a massa 13c suspensa do elemento portador 12c. Assim, cada elemento portador também actua duas vezes como elemento auxiliar. Se considerarmos os elementos de ancoragem e os elementos de suporte, então eles têm todos, uma dupla função. Assim, o elemento de suporte 17c forma, em conjunto com o elemento de ancoragem 18cl, um elemento de ancoragem para a massa 13a, e com o elemento de ancoragem 18a2 um elemento de ancoragem para a massa 13c, enquanto o elemento de ancoragem 18cl propriamente dito, também forma um elemento de ancoragem para a massa 13c, e o elemento de ancoragem 18a2 pode ele próprio também ser considerado como elemento de ancoragem para a massa 13a.

Deve também notar-se que os dois elementos de ancoragem que começam numa massa podem também ser combinados num único elemento de ancoragem, o qual irá então estender-se ao longo da bissectriz destes dois elementos de ancoragem. Será claro que tal elemento combinado irá ter uma função tripla, tal como os elementos 14 PE1750994 portadores.

Nas figuras 5 e 6 é escolhido como construção flutuante um pontão 21 o qual é proporcionado com braços que se projectam 21 aos quais estão ligados os elementos portadores 22 e dos quais estão suspensas as massas 23. Os elementos portadores estão mutuamente ligados por elementos de suporte 27, enquanto as extremidades de dois elementos de ancoragem 28 se fixam a um ponto de ligação entre o elemento portador 22 e o elemento de suporte 27, cujas outras extremidades estão em cada caso presas por uma âncora 25 relativamente a um fundo submarino. A construção e a operação deste sistema de ancoragem são essencialmente os mesmos do sistema de ancoragem de acordo com as figuras 3 e 4, apesar de neste caso ser feito uso de quatro massas. A figura 7 mostra uma variante do sistema de ancoragem no qual é feito uso de duas massas 33 as quais estão suspensas de um elemento portador 32 que começa numa construção flutuante (não mostrada). Os dois elementos portadores 32 estão mutuamente ligados por um elemento de suporte 37. A partir de cada ponto de fixação do elemento de suporte 37 com um elemento portador 32, existe em cada caso dois elementos de ancoragem 38 que se estendem em cada caso para uma âncora 35. Neste sistema de ancoragem os dois elementos portadores 32 têm uma função dupla nesses pontos: além de funcionarem como elemento portador eles também funcionam como elemento auxiliar. Isto também é verdadeiro para os elementos de ancoragem 38 e para o elemento de 15 ΡΕ1750994 suporte 37. Com dois elementos de ancoragem 38 começando na massa 33, um elemento de suporte 37 forma em cada caso, um elemento de ancoragem para a outra massa, enquanto os elementos de ancoragem 38 formam, cada um, ainda que independentemente, um elemento de ancoragem para a massa a partir da qual eles se prendem. A figura 8 mostra uma variante do sistema de ancoragem mostrado na figura 7 no sentido em que neste caso, a massa 43 que está presente é suspensa do elemento portador 42, enquanto dois elementos de suporte 47 se estendem em cada caso a partir do elemento portador 42 para um ponto de fixação com um elemento auxiliar 46, e dois elementos de ancoragem 48, que estão cada um fixado com uma âncora 45. Tal como no sistema de ancoragem mostrado na figura 7, a base de actuação deste sistema de ancoragem é conforme acima descrito a acção de puxar da massa para cima e colocar sob maior tensão um número de elementos alongados, após deslocamento ou rotação da construção flutuante, e o retorno à posição inicial de força neutral, iniciado pela acção do peso da massa. Não seria preciso referir que no âmbito da presente invenção como definido nas reivindicações anexas, são possíveis muitas outras modificações e variantes além daquelas que foram já mencionadas. Por exemplo, para a ancoragem no fundo submarino, foi mostrada nos desenhos, em cada caso, uma âncora. É contudo também possível como é óbvio, usar para este fim qualquer outro membro de 16 ΡΕ1750994 ancoragem apropriado, tal como por exemplo um objecto pesado, repousando no fundo submarino, uma estaca ou uma âncora de sucção. Nas formas de realização mostradas, foram usados arranjos sempre mais ou menos simétricos. Dependendo da construção flutuante pode também ser escolhido um arranjo mais assimétrico.

Lisboa 22 de Setembro de 2010

Claims (10)

1. PE1750994 1 REIVINDICAÇÕES 1. Sistema de ancoragem para a construção flutuante (1) e proporcionada com elementos alongados (2) dos quais uma massa (3) é suspensa da construção flutuante e a construção flutuante é ligada com elementos de ancoragem (5) previstos sobre ou no interior de um fundo submarino caracterizado por a massa (3) estar suspensa da construção flutuante por meio de um elemento portador alongado (2) de comprimento fixo, cujo elemento portador alongado está por outro lado provido de pontos de ligação para pelo menos dois elementos de ancoragem alongados (4), onde pelo menos um elemento alongado se estende, pelo menos na dita posição inicial, substancialmente na horizontal, de um ponto de ligação para um ponto de fixação com um outro elemento alongado auxiliar (6) que se estende pelo menos na dita posição inicial substancialmente na vertical para baixo entre um ponto de ligação com a construção flutuante e o ponto de fixação com o dito elemento de ancoragem (4), o qual se estende para baixo com inclinação, do ponto de fixação para um elemento de ancoragem (5) previsto sobre ou no interior do fundo do submarino.
2. 2. Sistema de ancoragem de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por pelo menos dois elementos de ancoragem alongados se estenderem em cada caso pelo menos na dita posição inicial, substancialmente na horizontal, de um ponto de ligação para um ponto de fixação 2 PE1750994 com um outro elemento auxiliar alongado, e estendendo-se em cada caso para baixo com uma inclinação, desde o ponto de fixação respectivo para o elemento de ancoragem previsto sobre ou no interior do fundo do submarino.
3. 3. Sistema de ancoragem de acordo com a reivindicação 1 ou 2 caracterizado por pelo menos um elemento auxiliar alongado ser portador de uma massa, na forma de um elemento portador alongado.
4. 4. Sistema de ancoragem de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes caracterizado por estarem presentes pelo menos três elementos portadores alongados nos quais, em cada caso, pelo menos dois elementos portadores alongados funcionam como elementos auxiliares alongados para um elemento portador alongado adicional.
5. 5. Sistema de ancoragem segundo a reivindicação 4 caracterizado por estarem presentes três elementos portadores alongados, que são em cada caso, ligados dois a dois, por um elemento alongado de igual comprimento.
6. 6. Sistema de ancoragem de acordo com a reivindicação 1 ou 2 caracterizado por estarem presentes um elemento portador alongado e três elementos auxiliares alongados, em que o elemento portador alongado está em cada caso, ligado por um elemento alongado de igual comprimento, com o ponto de fixação do elemento auxiliar alongado. 3 PEl750994
7. 7. Sistema de ancoragem de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes caracterizado por um ponto de ligação de um elemento alongado estar na proximidade de um ponto de ligação da massa.
8. 8. Sistema de ancoragem de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes caracterizado por o vector de força gerado pelo peso da massa ou massas combinadas correr substancialmente pelo centro de gravidade da construção flutuante.
9. 9. Sistema de ancoragem de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes caracterizado por uma parte de um elemento de ancoragem alongado correr para baixo com uma inclinação de um ponto de ligação ou de fixação, prolongando-se em cada caso, de uma forma dividida, por exemplo em forma de" V" até cada elemento de ancoragem.
10. 10. Sistema de ancoragem de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes caracterizado por um ponto de ligação ou de fixação estar ligado com outro ponto de ligação ou de fixação por meio de um membro de suporte alongado. Lisboa 22 de Setembro de 2010