TWI770281B - 可重複使用的離岸安裝模板、其方法及用途 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種用於安裝離岸風力渦輪基座(特別是單樁)的可重複使用的離岸安裝模板。該模板包括：套管，具有套管通道，其沿套管方向延伸穿過套管，並適於接收單樁並通過套管沿套管方向引導該單樁；和支承組件，包括定義著地表面的底座和從底座延伸的支承框架。該安裝模板適於基於施加到套管的力相對於底座的著地平面重新定位套管方向S。

本發明尚涉及一種用於通過可重複使用的海上安裝基盤安裝海上風力渦輪基座(特別是單樁)的方法。

Description

可重複使用的離岸安裝模板、其方法及用途

本發明涉及一種可重複使用的離岸安裝模板(template)，用於在水下地層中安裝離岸風機基座，特別是單樁。本發明還涉及一種用於借助於離岸安裝模板在水下地層中安裝離岸基座，特別是單樁的方法。

例如從EP 2,309,063和WO 2013/043055中已知這種模板。這些先前技術文獻公開了借助沿著連接套管的結構的圓周於多個套管，以安裝護套基座的預打樁模板。然而，這種模板並非設計用於安裝單樁，且不適合在水下地層的異常或局部波狀海床中安裝單樁。海床的異常或局部波狀形狀可能導致模板相對於水平面被以不理想的角度支承，這可能導致單樁安裝在不理想的非垂直定位上。

如從US 8,672,587得知的模板，其包括底座和由兩個基本上為半圓柱形的帶套管部分組成的套管，如WO 99/11872中所述。每個帶套管部分藉由一對定位構件連接到底座，每個定位構件由長度可調元件和接頭元件組成。通過調節一對定位構件的長度，套管將圍繞限定在兩對定位構件之間的樞轉軸線樞轉動，並且可以使套管傾斜。

上述模板的已知問題在於，當將離岸風機基座插入模板的水下套管中時，當從浮動船舶安裝時，基座可受到水流及/或船舶運動的影響。單樁 基座可由於上述力而移動，並且使得單樁的插入更加困難或甚至妨礙插入，或者導致安裝在非期望的非垂直方向上。另外，還可能以這種方式對浮動船舶施加不希望的力。

發明目的

本發明的目的是提供一種解決上述問題的離岸安裝模板。此外，希望允許相對於模板底座以預定(垂直)定位安裝單樁。

發明概述

因此，在本發明的第一態樣，提供了一種用於在水下地層中安裝單樁的離岸安裝模板。該模板包括：套管，該套管具有沿套管方向延伸穿過該套管的套管通道，該套管通道適於接收單樁並使該單樁沿套管方向穿過該套管；和支承組件，包括定義著地表面的底座和從底座延伸以便支承套管的支承框架。

安裝模板還包括定位構件，用於相對於著地表面重新定位套管方向，該定位構件適於基於施加到套管的力，例如基於該力的大小或(橫向)分量，來相對於著地表面重新定位套管方向。以這種方式，儘管在安裝期間相對大的力被施加于套管並且相對大的壓力被施加在套管上，可以以期望的預定(垂直)定位從離岸安裝船舶來安裝單樁。在安裝期間施加到套管上的相對大的力可能是波動或動態力的結果，即隨時間變化的力，並且大於在將單樁引入套管之前確定施加到套管上的相對低的力。

根據較佳實施方式，本發明涉及如上所述的安裝模板，其中定位構件適於在施加到套管的力通過閾值時，即超過閾值或降到低於閾值時，相對於著地表面重新定位套管方向。以這種方式，安裝模板適於執行校正動作， 以在相對大的力正在或者已經施加到套管上時，確保單樁的安裝方向。

根據一個實施方式，本發明涉及如上所述的安裝模板，其中定位構件適於在閾值被超過時，在作用在套管上的力的方向上相對於著地表面重新定位套管方向。

根據另一個實施方式，本發明涉及如上所述的安裝模板，其中定位構件適於當施加到套管的力下降到低於閾值或小於該閾值的第二閾值時，並且最好在預定時間期間保持低於該閾值時，朝向相對於環境(特別是離岸環境)的垂直定位方向相對於著地表面重新定位套管方向。

在一個實施方式中，本發明涉及如上所述的安裝模板，其中定位構件在支承組件的支承框架和套管之間延伸，較佳而言，至少三個定位構件在定位平面中是旋轉對稱的。這使得有效率地定位套管方向成為可能。在較佳實施方式中，藉由至少兩個定位構件的存在還降低了失敗的風險，該定位構件能夠以特定方式定向套管。此外，單樁可與海床形狀無關地垂直地安裝在與水下地層中。

在另一實施方式中，本發明涉及如上所述的安裝模板，其中定位構件是設置成基於施加到套管上的力、特別是在超過預定閾值時，適應其壓力水準的液壓缸。特別的是，定位構件是液壓缸，其適於若施加在套管上的力導致缸中的壓力變得太高時，藉由過壓閥/軟管破裂閥而釋放壓力，過壓閥/軟管破裂閥可能是引航員控制的。這具有以下優點：允許套管的阻尼運動與阻尼質量彈簧系統中的運動相類似。

在其他實施方式中，本發明涉及如上所述的安裝模板，其中安裝模板包括感測器，該感測器適於決定一與施加在套管上的力有關的參數。在該實施方式中，施加在套管上的力可以以簡單的方式測定，並且套管方向S可以基於該參數而通過模板重新定向。在選擇上，安裝模板還包括個別的控制裝 置，以基於感測器的感測器信號使用控制信號來控制定位構件。

根據本發明的第二態樣，其可以與在此描述的發明的其他態樣和實施方式組合出現，有提供一種離岸安裝模板，其中套管和支承組件一起包括球形鉸鏈元件，球形鉸鏈元件一起定義了球和球形接頭的承窩，並允許套管相對于支承組件繞著旋轉點旋轉。

以這種方式，套管的定位方向可以相對於底座而改變，例如用於垂直安裝在水下地層的不平坦或局部起伏的海床上。另外，這種結構具有可以有效率地定位套管的優點。此外，因為球可以由多個鉸鏈表面組成，所以套管也可以延伸穿過球鉸鏈。並且這具有可以緊密地形成球鉸鏈的優點。

根據一個實施方式，本發明涉及如上所述的安裝模板，其中承窩由設置在套管上的鉸鏈元件形成，且球由設置在支承組件上的鉸鏈元件形成。

根據一個實施方式，本發明涉及如上所述的安裝模板，其中該套管的球形鉸鏈元件由多個鉸鏈臂形成，這些鉸鏈臂旋轉對稱地設置在套管的外表面上，且支承組件的球形鉸鏈構件由多個球形表面形成，該球形表面旋轉對稱地設置在支承組件的底座上。

根據另一實施方式，球形鉸鏈的旋轉點與底座的通道開口的點重合，該通道開口設置成用於使單樁通過進入水下地層中。結果，套管方向S的定位方向將始終包括底座的點。這具有如下優點：當改變套管的定向時，由該點確定的目標位置能被維持原樣。例如，如果模板使套管定向成使得施加到套管的力被阻尼，則套管仍布署為將單樁引導到正確的目標位置。

根據本發明的第三態樣，其可以與在此描述的本發明的其他態樣和實施方式組合出現，有提供一種離岸安裝模板，其中支承組件包括至少一個模板支腳，用於穩定支承組件相對于水下地層的海床的位置。當海床不平整 時，可以借助模板支腳抓住海床。另外，可以借助於至少一個模板支腳預載入模板，使得預定的表面壓力施加在海床上一定時間。

根據本發明的第四態樣，其可以與在此描述的本發明的其他態樣和實施方式組合出現，提供了一種離岸安裝模板，其中套管在套管方向上的尺寸是可調節的。

以這種方式，舉例來說，可以調節套管的高度，從而其在離岸環境中總是在水面上方延伸足夠的長度。這具有以下優點：在離岸安裝船舶可以看到模板，例如將單樁插入模板期間。另外，在水面上方延伸的套管也將對單樁在土壤中錘擊期間的聲音傳播具有有利影響。

根據一個實施方式，本發明涉及如上所述的安裝模板，其中套管藉由主體部分和與其連接的頂部以模組化排列。在該實施方式中，可以以簡單的方式調節套管的尺寸。根據另一實施方式，頂部藉由至少一個模組化部分連接到主體部分。該實施方式以簡單的方式確定套管可調節的多個離散尺寸。另一個優點是這些模組化套管部分易於存放，因為它們可以堆疊在一起。

根據本發明的第五態樣，其可以與在此描述的發明的其他態樣和實施方式組合出現，提供用於安裝模板的支承組件，該支承組件包括定位構件，用於相對于支承元件的著地表面重新定位套管的套管方向，該定位構件適於基於施加到套管的力相對於著地表面重新定向套管方向。

本發明的第六態樣，其可以與在此描述的發明的其他態樣和實施方式組合出現，提供了根據本發明的海上安裝模板在海上環境中的用途，該海上環境包括具有海床的地層和具有水面的水層。支承組件的底座位於地層的海床上，且套管延伸穿過水層的水面。

由於套管在水面上方延伸，單樁不會開始通過水流和波浪而振盪。這使得更容易將單樁插入套管中。另外，其也是防止水層中的聲波傳播的 有利構造。特別地是，根據本發明的安裝模板的套管可以進一步設置聲音吸收裝置，以便更有效率地阻擋聲波的傳播。聲音吸收裝置可以是，舉例來說，套管的塗層、諧波諧振器、氣泡屏等。

本發明的第七態樣，其可以與在此描述的發明的其他態樣和實施方式組合出現，提供了一種通過安裝模板將單樁安裝在水下地層中的方法，包括如下步驟：在水下地層的海床上裝置安裝模板的底座，將單樁引入延伸穿過安裝模板的套管之套管通道的步驟，以及更佳者為，當施加到套管的力超過閾值時，基於施加到套管的力，能相對於鄰接海床的底座著地表面重新定向套管方向。

根據一個實施方式，本發明涉及如上所述的方法，包括在引入單樁的步驟之前，藉由定位構件相對於著地表面定位套管方向的步驟。

根據另一實施方法，本發明涉及借助于根據本發明的海上安裝模板的如上所述的方法。

100:模板

200:套管

210:主體部分

220:模組套管部分

230:頂部

240:鉸鏈臂

300:支承組件

310:環形底座

320:支承框架

330:定位構件

340:球形鉸鏈表面

350:支腳

400:單樁

500:水下地層

510:海床

600:水層

610:水面

O:支承方向

R:旋轉點

S:套管方向

V:垂直安裝方向

本發明將在下面參考附圖進行更詳細的闡述，其中示出了其說明性實施方式。它們僅意圖用於說明目的，而不會限制由所附專利申請範圍定義的發明概念。

圖1以立體圖示出了根據本發明實施方式之可重複使用的離岸安裝模板的簡化表示圖；圖2以側視圖示出位於儲存位置的圖1中所示的模板；圖3是處於“預載入”位置的圖1所示模板的側視圖；圖4示出圖1所示模板在水下地層的海床上使用；且圖5A-D示出之前的圖中所示的模板用於在離岸環境中安裝單樁的方法的各 個步驟中。

圖1-3示出了包括套管200和支承組件300的模板100。圖2示出模板處於用於存儲停止服務的模板的儲存位置。圖3示出處於用於預載入水下地層500的預載入位置的模板。

套管200具有圍繞套管方向S的大致中空圓柱形狀，其中套管200包括用於使單樁400通過的套管通道。在該套管通道中，可以存在夾緊及/或引導裝置以協助安裝單樁400。套管200進一步包括主體部分210、頂部230和多個模組化套管部分220；221,222,223，該多個模組化套管部分220；221,222,223以非破壞性可拆卸的方式將頂部230連接到主體部分210，例如使用螺栓和螺母。主體部分210在套管的外表面上設置有多個鉸鏈臂240，該鉸鏈臂240定義球窩接頭的承窩或其至少一部分。

支承組件300具有基本上圓柱形的框架320，在支承方向O周圍具有在支承框架320的近端處的環形底座310。底座310定義著地表面，該著地表面在使用期間建立在水下地層的海床上。支承組件300進一步包括多個支腳350，用於支承和穩定模板100。所示實施方式設置有四個支腳351,352,353,354，它們圍繞支承方向O旋轉對稱地佈置。

支承組件300還包括液壓缸形式的定位構件330，其在支承組件300的支承框架320和套管200的外表面之間延伸。定位構件330定義垂直于支承方向O的定位平面。

定位構件330設置成相對於底座310的著地表面來定位套管方向S。所示實施方式包括四個定位構件331,332,333,334，它們在定向平面中圍繞支承方向O旋轉對稱地設置。結果，藉由至少兩個定位構件的存在可以降低故障 的風險，該至少兩個定位構件可以使套管進入所調節的定向。特別的是，定位構件330直接連接到套管200。

支承組件300尚包括球形鉸鏈表面340，該球形表面340定義球窩接頭的球或其至少一部分。所示的實施方式包括四個球形表面341,342,343,344，它們圍繞支承方向O旋轉對稱地設置。特別地是，定位構件330和球形鉸鏈表面340在模板100的圓周方向上交替設。

圖4示出了處於地層500的海床510上的降低位置的模板。底座310的著地表面由海床510支承。支腳350借助於液壓缸與海床510接合以進一步支承模板100。在選擇上，一個或多個支腳350也可用於預載入水下地層500。

在水平地平坦海床510的離岸環境中，套管方向S將與支承方向O重合以與由環境一更具體地說是水層600的水面610一決定的垂直安裝方向V正確地對準。套管200具有在垂直安裝方向V上的預定高度，使得在降低位置，頂部230至少部分地位於水面610之上。由於模板從水中伸出，單樁將不會由於水流和波浪而開始振盪。這使得單樁插入套管更容易。

圖5A-D示出在用於在水下地層500中安裝單樁400的方法一例如由重型起重船舶(例如起重船)實施一的各種步驟中之使用期間的圖1-3中所示的模板100。

圖5A示出了模板100，在將模板100相對於重型提升船舶從舷外位置降低之後，處於地層500的水平上不平坦的海床510上的降低位置處。在該降低位置，套管方向S與幾乎垂直於海床的支承方向O重合。

圖5B示出了在將套管200相對於底座310的著地表面定位之後的模板。為了正確地對準套管方向S，套管藉由定位構件330定位，使得套管方向S與垂直安裝方向V重合。這使得儘管海床510水平上不平整，也可以在垂直方向上安裝單樁400。

圖5C示出了在將單樁400引入圖5B所示的定向的套管200的步驟期間的模板100。單樁400從舷外位置下降到地層500，單樁400與套管方向S對準，以沿垂直安裝方向V通過已定位的套管200來安裝單樁400。例如，單樁400可以使用重型起重船舶的起重機降低。

在插入期間，單樁400可能偏離其預期方向，即垂直安裝方向V。例如，由於波浪和水流引起的船舶運動。原則上，模板將校正這種偏離並強制使單樁進入與豎直安裝方向V重合的套管方向S。

但是，如果單樁的橫向偏離變得太大，施加在套管上的力可能會超過預定閾值。因此，安裝模板100適於在施加在套管200上的橫向力分量太大時一例如當相對於橫向力分量超過閾值時一暫時重新定位套管方向S。如果由於單樁的偏離在模板上引起的力變得太大，則定位構件330(例如，液壓缸)可以藉由允許套管跟隨單樁運動來進行阻尼運動。因此，單樁400在套管200中的相對較大的運動將能夠被阻尼，並且使得可以在豎直安裝方向V上安裝單樁400。

一旦單樁完全插入套管中並且接觸海床，套管就保持其垂直位置。重型起重機現在與單樁斷開連結並拾取錘擊工具。錘將單樁向下驅動到海床中，而套管保持豎直位置。

圖5D示出將單樁400安裝在水下地層500中之後取回模板100期間的模板100。該模板可以重複使用於安裝另一單樁。

如果該另一單樁是不同類型的，或者安裝在不同的環境中，則需要為此目的調整模板100。例如，支腳350相對於底座的位置可以根據海床510的性質進行調節。此外，還可以調節套管，舉例而言，套管200的高度可以藉由模組化帶套管部分220調節到水位高度，或另一個套管可以與同一組件結合使用。較佳而言，調節套管的高度應升高到水位以上。

本發明的其他備選方案和等同實施方式在本發明的構思內是可想像的，這對於熟習該項技術者來說是顯而易見的。本發明的範圍僅受所附申請專利範圍的限制。

100:模板

200:套管

210:主體部分

230:頂部

240:鉸鏈臂

300:支承組件

310:環形底座

320:支承框架

340:球形鉸鏈表面

S:套管方向

Claims (17)

1. 一種用於在水下地層(500)中安裝單樁(400)的離岸安裝模板(100)，包括：- 套管(200)，該套管具有沿套管方向(S)延伸穿過該套管的套管通道，該套管通道適於接收單樁(400)並使該單樁(400)沿該套管方向(S)通過該套管(200)；- 支承組件(300)，該支承組件包括限定著地表面的底座(310)和從該底座(310)延伸的支承框架(320)，其中，該安裝模板(100)包括用於相對於該著地表面重新定位該套管方向(S)的定位構件(330)，該定位構件(330)適於基於施加到該套管的力相對於該著地表面重新定向該套管方向(S)，且其中該定位構件(330)適於在超過施加到該套管的力的閾值時，相對於該著地表面重新定位該套管方向(S)。
2. 根據請求項1所述的離岸安裝模板(100)，其中該定位構件(330)適於在該閾值被超過時，在作用於該套管上的力的方向上相對於該著地表面重新定向所述套管方向(S)，及/或其中，該定位構件(330)適於當施加到該套管的力下降到低於該閾值或小於該閾值的第二閾值時，並且在預定時間內更佳地保持低於該閾值時，在相對於環境、離岸環境的垂直安裝方向(V)的方向上，相對於該著地表面重新定位該套管方向(S)。
3. 根據請求項1或2所述的離岸安裝模板(100)，其中該定位構件(330)在該支承組件(300)的支承框架(320)和該套管(200)之間延伸，至少三個定位構件(331,332,333,334)在定向平面中旋轉地對稱。
4. 根據請求項1或2所述的離岸安裝模板(100)，其中該定位構件 (330)為液壓缸，該液壓缸設置成基於施加到該套管的力，在超過預定閾值時，來適配該缸的壓力水準。
5. 根據請求項1或2所述的離岸安裝模板(100)，其中該安裝模板(100)包括一感測器，該感測器適於測定與施加在該套管上的力相關的參數。
6. 根據請求項1或2所述的離岸安裝模板(100)，其中該套管(200)和該支承組件(300)一起包括球形鉸鏈元件，該球形鉸鏈元件一起定義球形接頭的球和承窩，並允許套管相對於該支承組件(300)圍繞旋轉點(R)旋轉。
7. 根據請求項6所述的離岸安裝模板(100)，其中該承窩由設置在該套管(200)上的鉸鏈元件形成，並且該球由設置在該支承元件(300)上的鉸鏈元件形成。
8. 根據請求項7所述的離岸安裝模板(100)，該套管的該球形鉸鏈元件由多個鉸鏈臂(240)形成，所述多個鉸鏈臂旋轉對稱地設置在該套管(200)的外表面上；並且該支承組件的該球形鉸鏈元件由多個球形表面(340)形成，該多個球形表面(340)旋轉對稱地設置在該支承組件(300)的底座(310)上。
9. 根據請求項6所述的離岸安裝模板(100)，其中該球形鉸鏈的旋轉點(R)與該底座(310)的通道開口的點重合，該通道開口被設置用於使該單樁(400)通過進入該水下地層(500)中。
10. 根據請求項1或2所述的離岸安裝模板(100)，其中該支承組件(300)包括至少一個支腳(350)，用於穩定該支承組件(300)相對於該水下地層(500)的海床的位置。
11. 根據請求項1或2所述的離岸安裝模板(100)，其中該套管 (200)在套管方向(S)上的尺寸是可調節的。
12. 根據請求項11所述的離岸安裝模板(100)，其中該套管(200)藉由主體部分(210)和與其連接的頂部(230)以模組化排列。
13. 根據請求項12所述的離岸安裝模板(100)，其中該頂部(230)藉由至少一個模組化部分(220)連接到該主體部分(210)。
14. 一種根據請求項1至13中任一項所述的離岸安裝模板(100)在離岸環境中的用途，該離岸環境包括具有海床(510)的地層(500)和具有水面(610)的水層(600)，其中該支承組件(300)的底座(310)位於該地層(500)的海床(510)上，並且其中該套管(200)延伸穿過該水層(600)的水面(610)。
15. 一種藉由安裝模板(100)將單樁(400)安裝在水下地層(500)中的方法，包括以下步驟：- 在該水下地層(500)的海床(510)上提供安裝模板(100)的底座(310)；- 將該單樁(400)引入延伸穿過該安裝模板(100)的套管(200)之套管通道中；以及-當超過施加到該套管(200)的力的閾值時，基於施加到所述套管(200)的力，相對於鄰接該海床的底座(310)的著地表面重新定位套管方向(S)。
16. 根據請求項15所述的用於單樁(400)安裝的方法，在引入單樁的步驟之前，包括以下步驟：- 藉由定位構件(330)相對於該著地表面定位該套管方向(S)。
17. 根據請求項15或16所述的用於單樁(400)安裝的方法，該方法借助根據請求項1至13中任一項所述的離岸安裝模板(100)來進行。

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