TW202001082A

TW202001082A - 用於環形混凝土模塊的鑄造模具、使用此鑄造模具以製造混凝土模塊的方法以及用於製造由混凝土模塊所組成的浮動式風力渦輪機的浮動式基礎的組裝系統

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Publication number: TW202001082A
Application number: TW108116741A
Authority: TW
Inventors: 崧柯史梵文森
Original assignee: 新加坡商艾諾丹新加坡顧問有限公司
Priority date: 2018-06-06
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2020-01-01
Also published as: WO2019234488A3; DE102018113467A1; WO2019234488A2

Abstract

本發明揭示一種用於製造一環形混凝土模塊（10）之鑄造模具（100），其包含沖模（110，120）及型芯（134），其特徵在於該沖模（110，120）係由下半部分殼層（110）及各自鉸接至該下半部分殼層（110）之一側的上部模殼模板（120A，120B）所形成，該沖模（110，120）之每一側上有一個上部模殼模板，該上部模殼模板由定界凹穴之壁（130，140）所提供，該凹穴係藉由該沖模（110，120）及該型芯（134）所形成，且其中該型芯（134）可拆離地連接至兩個壁（130，140）中的至少一者從而定位於該沖模（110，120）內。

Description

用於環形混凝土模塊的鑄造模具、使用此鑄造模具以製造混凝土模塊的方法以及用於製造由混凝土模塊所組成的浮動式風力渦輪機的浮動式基礎的組裝系統

本發明係關於一種具有沖模及型芯之用於製造環形混凝土模塊的鑄造模具。本發明亦係關於一種用於用此鑄造模具製造混凝土模塊的方法。最終，本發明係關於一種用於製造浮動式風力渦輪機之基礎的組裝系統，其中該基礎由連接至連接元件之三個臂組成，每一臂由複數個混凝土模塊形成。

自之前已知用途知曉用於製造風力渦輪機之組件的混凝土模塊之製造。詳言之，垂直鑄造模具用於製造用於風力渦輪機之由混凝土製成的塔，該等鑄造模具允許製造可組裝成塔的混凝土模塊。為此目的，鋼加強件典型地置放於沖模與藉由沖模收納之型芯之間，且混凝土自上方填充至凹穴中達預定位準。

在混凝土硬化之後，混凝土模塊之連接表面仍必須經拋光為平坦的。

除製造由混凝土製成之塔外，歐洲專利第EP 3 019 740 B1號及德國專利第DE 10 2016 118 078 A1號詳言之亦揭示用於浮動式風力渦輪機之由混凝土製成的浮動式基礎。類似於已知塔，基礎由藉助於拉緊股束互連之複數個混凝土模塊形成，其中混凝土模塊詳言之可如世界專利第WO 2017/206977 A1號中所揭示而製造。此等混凝土模塊經環形設計，且具有大體上卵形橫截面，其結構具體而言更詳細地描述於世界專利第WO 2017/206977 A1號中。

儘管自塔製造已知之方法基本上亦適合於製造混凝土模塊，所述混凝土模塊用於製造浮動式風力渦輪機之基礎，但此方法具有用於再加工鄰接表面之額外步驟為極耗時且為勞力密集型的缺點。此外，複數個鑄造模具之垂直成形為極耗空間的。

本發明之第一目標因此為提供一種鑄造模具，詳言之適合於用作一浮動式風力渦輪機之一浮動式基礎之一組件的一種混凝土模塊可用該鑄造模具製造而並非必須進行再加工。該鑄造模具應為儘可能緊湊的且並非極其耗空間的。

本發明之一第二目標因此為提供一種方法，前述混凝土模塊可藉由該方法以相對少的時間及努力製造。

最後，本發明之一第三目標為提供一種用於自該等前述混凝土模塊製造一風力渦輪機之一浮動式基礎的組裝系統。

此等目標根據本發明藉由具有請求項1之特徵的該鑄造模具、具有如請求項14之特徵的方法以及具有請求項16之特徵的組裝系統來達成。附屬請求項分別顯現本發明之有利實施方式。

因此，根據本發明，提議一種用於製造環形混凝土模塊之鑄造模具，其包含沖模及型芯，其中該沖模由一下半部分殼層及各自鉸接至該下半部分殼層之一側的上部模殼模板形成，該沖模之每一側上有一個上部模殼模板，該上部模殼模板藉由定界凹穴之壁提供，該凹穴藉由該沖模及該型芯形成，且其中該型芯可拆卸地連接至該兩個壁中之至少一者，從而定位於該沖模內。

歸因於界定藉由該沖模及該型芯形成之凹穴的該鑄造模具及該等壁之水平定向，提供具有預定義之鄰接表面的混凝土模塊，該混凝土模塊並不需要後處理。

為了易於在該沖模內定位該型芯，該型芯較佳地與該一個壁一體式地形成。若使一個壁與該沖模接觸而密封，則該型芯在該沖模內之該位置亦為預定的。為了相對於該沖模準確地定位該壁且尤其該型芯相對於該沖模的準確定位，合理的是提供引線結構，其判定該等元件相對於彼此之空間定向。

根據一另一較佳實施方式，該等模殼模板經設計，使得當該沖模經閉合時，一間隙保持於該等上部模殼模板之間。保持於該兩個上部模殼模板之間的該間隙一方面具有如下優勢：在供應至該凹穴中之混凝土情況下，夾帶之氣泡可經由該間隙凝結且離開凹穴，且因此並不被俘獲於混凝土中。

另一方面，間隙經提供以在該間隙經填充直至該等上部模殼模板之上部邊緣時形成平台區，該平台區根據形成於該混凝土模塊之下側上之滑軌（參見下文）而將混凝土模塊安全地堆疊於彼此上方。

為了使混凝土部件容易脫模，該等模殼模板鉸接至下半部分殼層上，使得該等上部模殼模板在第一位置中完全釋放該下半部分殼層，且在第二位置中至少部分覆蓋該下半部分殼層。因此，在該第一位置中易於有可能的是在該上部模殼模板並非阻礙情況下自該下半部分殼層垂直地提昇固化混凝土部件。

具體而言，為此目的分別提供第一線性驅動器，該第一線性驅動器使該模殼模具樞轉，該第一線性驅動器在其一個末端處連接至一模殼模具且在另一末端處連接至該下半部分殼層。此第一線性驅動器可經設計例如為液壓圓柱體。

若型芯與一個壁一體式地形成，則一個壁在線性導引件上特別較佳地以可移位方式安裝，從而自該下半部分殼層延伸。此使得如下情形易於為可能的：詳言之，藉助於在線性導引件上移位壁之第二線性驅動器，將型芯插入至沖模中且將型芯定位於型芯藉由一個壁固持之處。特別而言規定，第二線性驅動器亦經設計為液壓圓柱體。

根據一另一較佳實施方式，以此方式閉合之鑄造模具可藉由提供經配置於兩個壁上從而將壁夾持在一起的構件來密封。

獲得鑄造模具之材料節省實施方式在於，另一壁為環形的，且大體上僅稍微寬於藉由沖模及型芯形成之凹穴形成。

根據另一較佳實施方式，提供配置於壁中之至少一者中的複數個圓柱體，該等圓柱體在第一位置中拉入至壁中且在第二位置中延伸至凹穴中從而形成中空空間，該中空空間將形成於待製造之混凝土模塊中。圓柱體可例如設置於另一固定壁中，其中圓柱體之形狀的面向壁中之凹穴的以可移位方式配置之側具有對應不可移動之模具元件。然而，較佳地，一個壁及另一壁提供對應圓柱體。此等詳言之（亦）設計為液壓圓柱體。

配置於兩個壁中之圓柱體或配置於一個壁上之模具元件以及配置於另一壁中的圓柱體插入至管道中，該等管道經拉動通過加強件中之混凝土模塊，在製造混凝土模塊之後，如歐洲專利第EP 3 019 740 B1號中所揭示，拉緊股束將在該等管道中拉動。圓柱體及模具元件因此相對於用混凝土填充使管道密封。在此狀況下，圓柱體且視需要呈較佳錐形設計之模具元件在混凝土模塊中形成中空空間，在其每一者中，連接元件之一半可用於連接兩個混凝土模塊。連接元件亦假設保護管道以防止進水之密封功能。

此外，鑄造模具較佳具有在下半部分殼層中平行於彼此配置之兩個凹槽，從而形成配置於待製造之混凝土模塊上的滑軌。滑軌之間的至彼此之距離特別較佳地對應於上部模殼模板之間的間隙之寬度。藉助於此組態，混凝土模塊可藉由堆疊予以儲存，且在輸送線路上在其滑軌上於組裝期間移動。

最終，較佳設置供應液體混凝土至凹穴之通向下半部分殼層中的進料源。尤佳地，進料源在一半殼層之最低點處開啟。自鑄造模具之底部用混凝土填充鑄造模具詳言之當在上部模殼模板之間形成間隙時具有如下優勢：藉由混凝土引入至凹穴中之空氣可易於經由間隙逃逸。

根據本發明，亦主張一種具有所描述鑄造模具之用於製造一混凝土模塊的方法，在該方法中施行以下步驟： a. 將一加強件置放於該型芯上； b. 將該型芯插入至開放沖模中且藉由摺疊該等模殼模板閉合該沖模，或藉由摺疊該等模殼模板而閉合該沖模且將該型芯插入至閉合沖模中； c. 將混凝土傾倒至藉由該沖模及該型芯形成的該凹穴中； d. 固化該混凝土； e. 藉由展開該等模殼模板、拉出該型芯且自該下半部分殼層移除該混凝土模塊而使該混凝土模塊脫模。

如上文所提及，該方法對於加強件具有在壁之間延伸之複數個管道的狀況為特別較佳的，其中經配置以在待製造之混凝土模塊中形成中空空間的圓柱體在步驟c之前經延伸超出壁而至凹穴中且在步驟e中插入至管道中且移動至壁中。

加強件詳言之由鋼製成。替代地，加強件以可由其他材料製成，該等材料抵抗衝擊、彎曲及壓力負載上為有效的。

詳言之，加強件藉由外部加強籠及收容於該外部加強籠中之內部加強籠形成，該等籠藉由複數個間隔物連接至彼此。間隔物在外部加強籠上方向外延伸且向內延伸超出內部加強籠。提供此組態用於與沖模及型芯隔開地將加強件定位於鑄造模具內。間隔物在混凝土傾倒製程期間固持加強件於中心位置中，且確保加強件與混凝土模塊表面之間的最小距離。

間隔物各自具有用於分別收納配置於加強籠之間的管道之開口，其中複數個後續配置之間隔物支撐一管道。

在此狀況下，詳言之錐形圓柱體在開放管道末端之方向上延伸至凹穴中，使得圓柱體使管道閉合且使該等管道於加強件內居中。

最終，提議一種用於製造一浮動式風力渦輪機之一基礎的組裝系統，其中該基礎由連接至一連接元件之三個臂組成，每一臂由複數個混凝土模塊形成，其中該組裝系統包含設計為用於收納混凝土元件之一平台的一中心連接部件以及三個輸送線路，該等輸送線路以星形方式會聚於中心連接部件上從而在中心連接部件之方向上運輸該等模塊。詳言之，一鑄造模具配置於輸送線路之每一自由端處，使得混凝土模塊準備好用於使該總成直接脫模。

該組裝系統之輸送線路較佳設計為輥子輸送機，且尤其在混凝土模塊之下側形成有滑軌情況下允許混凝土模塊在組裝系統上簡單移動。

在組裝期間，兩個混凝土模塊相對於彼此之對準較佳地藉由提供至少一個連接元件實現，該至少一個連接元件連接鄰接於彼此配置之兩個混凝土管道，且設計為中空主體，該中空主體具體而言設計為雙圓錐體。此連接元件除居中元件外亦用作密封元件以保護藉由管道形成之中空空間以防止進水。

圖1為具有較佳設計之下部滑軌50及上部平台區70之成品混凝土模塊10的立體圖。另外，用於拉緊股束230之內部導引管道40的錐形端孔60可在側表面上看到。

圖2為完整（鋼）加強件20及定位於內部加強籠22與內部加強籠24之間的導引管道40之立體圖。

圖3為通過混凝土片段10之部分與內部加強件22及外部加強件24、居中地定位於該兩個加強件之間的導引管道40以及定位板30的橫截面，該等定位板在鑄造及固化製程期間將所有部件定位於所要位置。詳言之，加強籠22、24距混凝土模塊之外壁保持於適當距離以便確保足夠重疊。

圖4為通過混凝土模塊10之縱向截面，其中整個加強件20可被看到且係在導引管道40中間。另外，定位板30可被看到，在此狀況下在整個長度上為四段。在導引管道40之兩個末端處，可看到錐形澆鑄開口60，其稍後將容納定位元件70。

圖5展示兩個混凝土模塊10，其結合在一起且在定位元件70上方對準。此外，導引管道40被看到為與該定位元件70對準以隨後容納拉緊股束230。

圖6以半截面且以立體圖展示雙錐形定位元件70。此組件由彈性及密封材料製成。

圖7展示用於製造混凝土模塊10之鑄造模具100的總體視圖。澆鑄模具100大體上由以下各者組成：下半部分殼層110，由兩個個別模殼模板120A、120B組成的上部模殼模板120，前壁130、型芯134及後壁140。組件一起限制待自該等組件澆鑄之混凝土模塊10的輪廓。為了延伸及回縮型芯134，導引元件150存在於可軸向移動之內部模具部分上。此藉助於線性馬達160進行，該線性馬達可將型芯134移入且移出沖模110、120。在前壁130外部，可看到用於致動錐形模具銷132的液壓圓柱體。此等銷在混凝土模塊10中提供錐形端孔60。

為了能夠將混凝土模塊10提昇出模具，兩個上部個別模殼模板120A、120B必須能夠藉助於線性馬達170驅動。

圖8展示用於製造混凝土模塊10之第一製造步驟。整個模具100被移動開，且具有內部加強件22及外部加強件24之加強件20與導引管道40作為一個總成於型芯134上推動。

圖9展示第二步驟，其中型芯134與安裝於該型芯上面之加強件20一起藉助於線性導引件150及線性馬達160回縮至沖模110、120中。

圖10展示第三步驟，其中兩個上部個別模殼模板120A、120B藉助於線性馬達170閉合。模具現準備好用混凝土填充。

圖11展示第四製造步驟，其中所有圓柱體與錐形銷132首先回縮至模具中且藉此將導引管道40帶至最終位置。接著，混凝土藉助於混凝土泵（圖中未示）較佳自下方按壓至閉合鑄造模具100中，使得空氣可自模具向上逃逸，且無氣泡保持於混凝土中。

若可確保混凝土極具流體性質且空氣可向上逃逸，則經由兩個上部個別模殼模板120A、120B之間的間隙自上方之填充亦有可能。

圖12為通過型芯134、混凝土模塊10、導引管道40及前壁130的縱向截面。另外，可看到圓柱體132與錐形末端及居中肩部。

圖13展示在固化混凝土之後的第五製造步驟。在此狀況下，兩個上部個別模殼模板120A、120B藉助於線性馬達170驅動分開。圓柱體132經延伸，使得錐形末端自混凝土模塊10完全移除。

圖14展示第六製造步驟，其中聯合地形成為一個組件的型芯134與前側壁130藉助於線性導引件150及線性驅動器180移出沖模100、120。

圖15展示第七且最後製造步驟，其中混凝土模塊10被提昇出下半部分殼層。其後，系統經預清潔並準備好從而製造下一混凝土模塊10。此整個製程通常可每24小時重複一次。

圖16展示自下方檢視之鑄造模具，在所述鑄造模具處，定位混凝土進料系統115。此混凝土進料系統由非特定混凝土泵、供應管道、關閉閥門及清潔系統組成，所述清潔系統在用混凝土填充鑄造模具完成之後沖洗整個混凝土供應源。

圖17展示用於自複數個混凝土模塊組裝用於浮動式風力渦輪機之基礎的組裝系統200，該複數個混凝土模塊使用鑄造模塊100製造。在具有輥子或追蹤系統之三個輸送線路210上，混凝土模塊10可用模製成型於底部上之滑軌50置放。運用此等滑軌50，混凝土模塊10已彼此恰當地對準，且可接著軸向移動，直至其聚集在一起。在此狀況下，雙錐形導引元件70插入至混凝土模塊10之錐形孔60中。

圖18展示基礎總成之最終步驟。當所有混凝土模塊10構建於導軌210上時，拉緊股束230穿過導引管道40且固定至中心部件240。在外部混凝土模塊之外端處，配置鋼板220，拉緊股束230支撐於該鋼板上且預應力負載分佈於混凝土中。經由夾持系統，預應力接著根據預定流動方案施加至所有股束。

無

下文參看展示於附圖中之尤佳實施方式更詳細地解釋本發明。在圖式中：圖1為待藉助於尤佳設計之鑄造模具製造之混凝土模塊的立體圖；圖2為經設計為具備管道之鋼加強件的圖1之混凝土模塊之加強件的立體圖；圖3為通過來自圖1之混凝土模塊的橫截面；圖4為通過來自圖1之混凝土模塊的縱向截面；圖5為通過經組裝以形成基礎之兩個混凝土模塊的縱向截面；圖6為使兩個混凝土模塊對準的定位及密封元件之縱向方向上的剖視圖（a）及立體圖（b）；圖7為用於製造先前描繪之混凝土模塊的經尤佳設計之鑄造模具的立體圖；圖8為在用於製造混凝土模塊之第一方法步驟中來自圖7之鑄造模具的立體圖；圖9為在用於製造混凝土模塊之第二方法步驟中來自圖7之鑄造模具的立體圖；圖10為在用於製造混凝土模塊之第三方法步驟中來自圖7之鑄造模具的立體圖；圖11為在用於製造混凝土模塊之第四方法步驟中來自圖7之鑄造模具的立體圖；圖12為在鑄造模具之縱向方向上截取的圖11之細節視圖；圖13為在用於製造混凝土模塊之第五方法步驟中來自圖7之鑄造模具的立體圖；圖14為在用於製造混凝土模塊之第六方法步驟中來自圖7之鑄造模具的立體圖；圖15為在用於製造混凝土模塊之第七方法步驟中來自圖7之鑄造模具的立體圖；圖16為來自圖7之鑄造模具之下側的立體圖；圖17為處於第一組裝階段之用於製造浮動式風力渦輪機之基礎之組裝系統的立體圖；且圖18為處於第二組裝階段之來自圖17之組裝系統的立體圖。

Claims

一種用於製造環形混凝土模塊（10）的鑄造模具（100），其具有沖模（110，120）及型芯（134）其特徵在於該沖模（110，120）由下半部分殼層（110）及鉸接至該下半部分殼層（110）之一側的上部模殼模板（120A，120B）所形成，該沖模（110，120）之兩側上各有一個上部模殼模板，其係藉由定界凹穴之壁（130，140）所提供，該凹穴係藉由該沖模（110，120）及該型芯（134）所形成，且該型芯（134）係可拆卸地連接至該兩個壁（130，140）中之至少一者，從而定位於該沖模（110，120）內。
如請求項1所述之鑄造模具（100），其特徵在於該型芯（134）與該壁（130）為一體式地形成。
如請求項1或2所述之鑄造模具（100），其特徵在於在該沖模經閉合時，一間隙係保持於該等上部模殼模板（120A，120B）之間。
如請求項1至3中任一項所述之鑄造模具（100），其特徵在於該等上部模殼模板（120A，120B）在第一位置中完全釋放該下半部分殼層（110），且在第二位置中至少部分覆蓋該下半部分殼層。
如請求項1至4中任一項所述之鑄造模具（100），其特徵在於一各別第一線性驅動器（170），該各別第一線性驅動器（170）在每一狀況下使一個模殼模板（120A，120B）樞轉，該線性驅動器在一個末端處連接至一模殼模板（120A，120B）且在其另一末端處連接至該下半部分殼層（110）。
如請求項2所述之鑄造模具（100），其特徵在於該壁（130）係以可位移方式安裝在一線性導引件（150）上，從而自該下半部分殼層（110）延伸。
如請求項6所述之鑄造模具（100），其特徵在於使該壁（130）在該線性導引件（150）上移動的第二線性驅動器（160）。
如前述請求項中任一項所述之鑄造模具（100），其特徵在於被配置在該等壁（130，140）上從而將該等壁（130，140）夾持在一起的構件。
如請求項1至8中任一項所述之鑄造模具（100），其特徵在於另一壁（140）以一環形方式所建構。
如請求項1至9中任一項所述之鑄造模具（100），其特徵在於被安置在該等壁（130，140）中之至少一者中的複數個圓柱體（132），該等圓柱體在第一位置中回縮至該壁（130，140）中，且在第二位置中延伸至該凹穴中以在待製造之該混凝土模塊（10）中形成中空空間（60）。
如請求項10所述之鑄造模具（100），其特徵在於該等圓柱體（132）以一錐形方式所建構。
如請求項1至11中任一項所述之鑄造模具（100），其特徵在於兩個凹槽，且該等凹槽在該下半部分殼層（110）中平行於彼此地配置從而形成配置於待製造之該混凝土模塊（10）上的滑軌（50）。
如請求項1至12中任一項所述之鑄造模具（100），其具有通往該下半部分殼層（110）且將液體混凝土進給至該凹穴中的入口（115）。
一種用於用如請求項1至13中任一項所述之鑄造模具（100）製造一混凝土模塊（10）的方法，其特徵在於以下步驟： a.將一加強件（20）置放於該型芯上（134）； b.將該型芯（134）插入至開放沖模（110，120）中且藉由摺疊該等模殼模板（120A，120B）而閉合該沖模（110，120），或藉由摺疊該等模殼模板（120A，120B）而閉合該沖模（110，120）且將該型芯（134）插入至閉合沖模（110，120）中； c.將混凝土傾倒至藉由該沖模（110，120）及該型芯（134）形成的該凹穴中； d.固化該混凝土； e.藉由展開該等模殼模板（120A，120B）、拉出該型芯（134）且自該下半部分殼層（110）移除該混凝土模塊（10）而使該混凝土模塊脫模。
如請求項14所述之方法，其特徵在於該加強件（20）具有在該等壁（130，140）之間延伸的複數個管道（40），其中在步驟c之前，經設計用於組態將形成於待製造的該混凝土模塊（10）中之一中空空間（60）的圓柱體（132）自該等壁（130，140）延伸至該凹穴中且插入至該等管道（40）中且在步驟e處拉動至該等壁（130，140）中。
一種用於製造浮動式風力渦輪機之基礎的組裝系統（200），其中該基礎係由連接至連接元件（240）之三個臂所組成，每一臂由複數個混凝土模塊（10）所形成，其中該組裝系統（200）具有用於收納該連接元件（240）的中心連接部件及三個輸送線路（210），該等輸送線路以星形方式會聚於該中心連接部件上從而在該中心連接部件之方向上運輸該等模塊（10）。
如請求項16所述之組裝系統（200），其特徵在於該等輸送線路（210）經設計為輥子輸送機。