WO2013159770A1 - Vorrichtung für den kolkschutz von offshore-bauwerken - Google Patents

Vorrichtung für den kolkschutz von offshore-bauwerken Download PDF

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WO2013159770A1
WO2013159770A1 PCT/DE2013/100147 DE2013100147W WO2013159770A1 WO 2013159770 A1 WO2013159770 A1 WO 2013159770A1 DE 2013100147 W DE2013100147 W DE 2013100147W WO 2013159770 A1 WO2013159770 A1 WO 2013159770A1
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plates
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plate
elastic
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Anton Kanand
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Anton Kanand
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B17/00—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor
    • E02B17/0017—Means for protecting offshore constructions
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B3/00—Engineering works in connection with control or use of streams, rivers, coasts, or other marine sites; Sealings or joints for engineering works in general
    • E02B3/04—Structures or apparatus for, or methods of, protecting banks, coasts, or harbours
    • E02B3/12—Revetment of banks, dams, watercourses, or the like, e.g. the sea-floor
    • E02B3/122—Flexible prefabricated covering elements, e.g. mats, strips
    • E02B3/126—Flexible prefabricated covering elements, e.g. mats, strips mainly consisting of bituminous material or synthetic resins

Definitions

  • the invention relates to a device for the Kolkschutz of offshore structures.
  • Verkulkung is understood to mean erosion phenomena of a water-covered ground due to currents in the area of the offshore structures.
  • a disadvantage of known protective measures is that they are complex but nevertheless inadequate in terms of their protective effect.
  • Offshore e.g. in monopiles of wind turbines, it is state of the art, as Kolkschutz about 300 to 1000 t réelle Anlagenen stones.
  • these stones produce harmful currents that prevent sedimentation of sand and thus accelerate the Verkolkung even.
  • a third, often used possibility is therefore to use no Kolkschutz at all, to accept a Verkulkung and hope that the forming Verkupkung a certain depth not
  • the foundation needs a depth of this depth
  • Flow damage can be damaged or destroyed.
  • the present invention has been made in the light of the above
  • the object of the invention is therefore to propose a device for the scour protection of offshore structures, which offers a durable, cost effective and thereby an effective protection.
  • the device comprises one or more interconnected elastic plates made of rubber and weight elements, which are fixed to the plates by means of suitable fastening means.
  • attachment is meant a permanent and secure fixation of the weight elements on the plate (s), even when the elastic plate (s) are pulled down or pressed by the weight elements so as to form a favorable hydrodynamic shape.
  • Suitable fasteners are for example screws with
  • the plate or the plates are curved downwards in the edge region of the device, wherein the back or the underside of the plates serves as a support surface for the substrate and the front or the top of the plates as Baking surface and protection against erosive sand and water vortex serves.
  • the sheets of rubber can be laid under the water or sea surface directly on the sand or soil surface in the area of offshore structures or even completely or partially under the soil surface. They have the advantage that they adapt to the course of the soil surface and can absorb the energy of the waves and vortices by their elastic properties. Furthermore, they are resistant to salt water and there is no corrosion. Due to the resistance and durability of the rubber, the device is thus maintenance-free. The rubber can out
  • the elastic plate or the rubber elastic plates are fixed with the safe and permanently attached weight elements at the points to be protected.
  • the elastic plate or the rubber elastic plates have a thickness of one to two centimeters.
  • the weight elements are preferably fastened to the edge region of the device on the upper side of the elastic plates. Due to the force exerted by the weight elements on the plates and the force due to their elasticity, restoring force, the surface formed by the plates is curved and it forms a particularly favorable, hydrodynamic shape, as
  • the force of the pressure waves is absorbed, absorbed and derived from the offshore structures. Should the ground sag or undercut beneath the weight member, then the weight member moves down together with the panel, restoring the protective effect.
  • a submarine cable laid under the rubber elastic plates is optimally protected and increases the operational safety of the system.
  • the proposed device for Kolkschutz has the further advantage in the offshore sector, that they with a single Crane stroke can be dismantled and leaves an obstacle-free seabed.
  • the device forms the elastic plate or form the interconnected elastic plates a disc with a circular or approximately circular contour, in whose
  • Focus is placed on the offshore structure.
  • the weight elements are then fastened in particular along the edge region of the disk.
  • the elastic plate or the interconnected elastic plates are then curved in the edge region at the strongest downward, the curvature decreases toward the centrally located offshore structure towards and merges into a flat surface.
  • the weight elements have an approximately rectangular base surface, whose longitudinal axis points in the direction of the offshore structure.
  • weight elements are made of metal, a large mass of high weight is achieved in a small volume.
  • the weight elements may have the shape of an isosceles, symmetrical trapezoid in longitudinal section and / or in cross section, which tapers towards the top, the corners of which are preferably rounded off.
  • the weight elements may have on the underside an indentation which is concave in cross-section inwardly curved.
  • the weight elements are not just the weighting of a plate or multiple plates. They have different sizes and arrangements
  • the weight elements are attached to the plate or plates and have the task to keep the device selectively on the ground. Depending on the distance and Water depth and expected wave height, as well as flow velocity of the water are among other things to determine the mass of the weight elements. They have different pore pressures due to swell, to balance, ie between the weight elements, the plate should raise and lower. The sand, however, remains underneath and is held. For this to be possible, a watertight attachment must be made to the offshore structure to be protected and marginal weight elements must be provided outside the edge.
  • the Randissetti must have a certain aerodynamic shape and be aligned in a certain way and with a certain distance from each other. For the particular application are the right one
  • Weight size and the lowest possible flow resistance to choose are metal weight elements with small area and large weight. Also, the distance of the weight elements to each other is important.
  • Weight elements are in weight, shape and surface depending on
  • the mass of the weight elements may vary depending on the application
  • the stiffeners can be externally or in the plate integrated stiffeners. These can have a distance of about 2 to 3 m on the outside of the edge of the panel, if they are external stiffeners. All stiffeners are arranged away from an imaginary center of the foundation to be protected from star-shaped outward, the outer contour, with known sinking of the seabed should have as round or approximately a round shape as possible in order to avoid wrinkling at the edge of the plate.
  • the outer diameter of the device is about three times the diameter of the pile.
  • the elasticity of the rubber adapts to the seabed and seals the outside of the weight row again.
  • the foundation is thus protected again. If the seabed sinks by 2 m, with a slope of 1: 5, the extension of the plate from the foundation body into the sea is 10 m. If this measure is sufficient to accommodate cuspidts of the foundation under the above conditions, the size of the plate is thus determined.
  • the scour plate must be attached to the body to be protected in a watertight manner. If this does not happen and there is a gap of only one centimeter, an enormous scab is formed through this gap and damages the stability of the foundation to be protected.
  • the weight elements on the edge consist essentially of metal.
  • the weight elements have the task of complaining the edge of the plate so that the plate sinks at the ends in the seabed, without causing a Kolk there. With the metal weights can be compared to
  • the special shape of the weight elements along with their dimensions, but has other reasons.
  • the plate or the interconnected plates have the task to adapt at least at the edges, each contour of the soil. That's why the weight should not be too wide.
  • the device with screwed-on weight elements must still be so flexible that it adapts to all uneven floors, both positive and negative ground changes or bumps.
  • the weight elements have a mass of 50 to 500 kg / m.
  • the weight elements can be shaped. Is the plate but smaller in
  • a stiffener includes a stiffening profile of flexible plastic, one above the
  • the rigidity of the flexible stiffener can be changed or adjusted.
  • Figure 1 is a plan view of the device 1 with a monopile 2;
  • Figure 2 partial views of another embodiment of the device 1 'in vertical section;
  • FIG. 3 shows a weight element 4 in longitudinal section a, in cross section b and in plan view c;
  • FIG. 4 a weight element 4 with a recess 9 in longitudinal section a, in FIG.
  • Figure 5a shows a vertical section through the device 1 with weight elements
  • FIG. 6 shows a perspective, horizontally cutaway detail view of a further embodiment of the device 1 with a flexible reinforcement 18.
  • Figure 1a shows a top view of the device 1 with a monopile 2.
  • This consists of interconnected, elastic plates 3 made of rubber, which are one to two cm thick.
  • the plates 3 may be bonded together by vulcanization or by suitable positive locking fasteners (not shown).
  • the interconnected, elastic plates 3 have the shape of a disc with a circular contour and a circular, central opening 1 1.
  • In the central opening 1 1 is to be protected offshore structure 2, namely a monopile of a wind turbine, arranged.
  • the radius of the device 1 is about three times as long as the radius of the offshore structure 2, and relative to the horizontal plane in which the device 1 is attached to the monopile 2, namely at the level of the seabed 8.
  • the from the Rubber plates 3 formed disc is waterproof attached to the monopile 2, so that through the central opening 1 1 no seawater can penetrate under the device 1.
  • the elastic plate 3 or the elastic plates 3 made of rubber lie on the seabed 8, wherein by the elasticity
  • weight elements 4 are mounted on the plates 3, which press the plates 3 at the edges down into the seabed and thus seal. As a result, an effective scouring protection is achieved.
  • the weight elements 4 are shown for reasons of clarity only on two opposite circle segments, but in fact 13 weight elements 4 are provided along the entire disc edge.
  • the weight elements 4 have a substantially rectangular base area.
  • the weight elements 4 are aligned on the plates 3 so that the (imaginary) longitudinal axis 12 of each weight element 4 extends in the direction of the offshore structure 2 and thus all the longitudinal axes 12 in the center of
  • Figure 1 b shows a detail of Figure 1 a in a detailed view.
  • the weight elements 4 each have a width of about seventeen centimeters and a distance 6 of about three centimeters.
  • Total mass of the weight elements 4 per meter circumference 5 is about fifty to five hundred kilograms, per weight element 4 thus ten to a hundred
  • Figure 2 shows partial views a, b, c of another embodiment of the device 1 in vertical section. This has stiffening elements 7 on the underside. It is shown that the rubber sheets 3 should be fastened tightly to the foundation body of the offshore structure 2.
  • Figure 2 b shows a sunken by about two meters seabed.
  • FIG. 2 d shows a device 1 without stiffening elements 7.
  • FIG. 3a shows a weight element 4 in longitudinal section, FIG. 3b in cross section and FIG. 3c in plan view.
  • the weight element 4 has the basic shape of an upwardly tapered cuboid, which has the shape of an isosceles, symmetrical trapezium in longitudinal section and in cross section.
  • the weight elements 4 shown have, based on their base area, a length of 3.80 m and a width of 1.70 m.
  • the cuboid tapers quantitatively such that there is a deviation from the vertical of about 15 degrees.
  • the corners are also rounded. On the one hand, this results in a favorable hydrodynamic shape, because no vortex and unfavorable currents of the seawater are produced at the weight elements 4.
  • a significant advantage of the upwardly tapering shape is that portions of the plates 3 can lower elastically downwards without the weight elements 4 then coming into contact in the region of a curvature.
  • the weight elements 4 also have two through openings 15 for the insertion of fastening elements (not shown).
  • the weights can be permanently attached to the rubber plates 3. Even with a decrease in the rubber plates 3 and the formation of a slope or curvature, as shown in Figure 2c and 2d, a secure fixation is ensured.
  • FIG. 4a shows another embodiment of the weight element 4 in FIG.
  • Weight element 4 has in this embodiment on its underside a concave inwardly or upwardly arched indentation 9.
  • FIG. 5 a shows a vertical section through the device 1
  • the weight elements 4 thus correspond to the embodiment shown in Figures 4a, 4b and 4c.
  • the weight elements 4 shown in cross-section are fixed on the upper side of the elastic plates 3 and permanently fixed.
  • FIG. 5b shows weight elements 4 without indentation. If a greater sinking of the seabed and thus wrinkling downwards are not to be expected, this embodiment of the weight elements 4 can be used.
  • FIG. 6 shows a perspective, horizontally cutaway detailed view of a further embodiment of the device 1 with a flexible stiffening 18. This comprises a stiffening profile 19 made of flexible plastic.
  • Stiffening profile 19 is fastened by means of suitable fastening means on the elastic plates 3.
  • a stiffening wall 20 is arranged made of rubber, which may have a fabric insert and is tightly mounted on the plates 3. The attachment can be done by adhesive or vulcanization.
  • the upper stiffening wall 20 together with the elastic plates 3 forms a closed cavity 21 which is filled with a medium.
  • a medium for example, water or air in question.
  • the rigidity of the flexible stiffener 18 can be changed or adjusted.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) für den Kolkschutz von Offshore-Bauwerken (2). Um einen haltbaren, kostengünstigen und dabei einen wirksamen Schutz zu erzielen, wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung (1) eine oder mehreren miteinander verbundene elastischen Platten (3) aus Gummi und Gewichtselemente (4) umfasst, die an den Platten (3) mittels Befestigungsmitteln befestigt sind.

Description

Titel: Vorrichtung für den Kolkschutz von Offshore-Bauwerken Anmelder: Dipl.-Ing. Anton Kanand
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für den Kolkschutz von Offshore- Bauwerken.
Hintergrund der Erfindung
Unter Verkolkung werden Erosionserscheinungen eines wasserbedeckten Bodens durch Strömungen im Bereich der Offshore-Bauwerke verstanden. Ein Nachteil von bekannten Schutzmaßnahmen ist, dass sie aufwändig aber dennoch hinsichtlich ihrer Schutzwirkung unzureichend sind. Im Offshore-Bereich, z.B. bei Monopiles von Windkraftanlagen, ist es Stand der Technik, als Kolkschutz ca. 300 bis 1000 t Steine aufzuschichten. Diese Steine erzeugen jedoch schädliche Strömungen, die eine Sedimentation von Sand verhindern und auf diese Weise die Verkolkung sogar beschleunigen. Zusätzlich besteht die Gefahr, dass fallende oder durch die Strömung absinkende, unterspülte Steine den Seekabelanschluss der Offshore-Windkraftanlage beschädigen.
Es ist auch bekannt, mit Sand gefüllte, über 1000 kg schwere Geotextil-Container als Kolkschutz zu verwenden. Dabei kann jedoch nicht sichergestellt werden, dass diese ihre einmal eingenommene Lage am Meeresboden beibehalten. Sie bilden außerdem einen Winkel zum Meeresboden und können dadurch sogar eine Verkolkung begünstigen. Ebenfalls können diese Container und Steine durch Strömungsereignisse in den Meeresboden einsinken und müssen in diesem Fall immer neu eingebracht werden, was laufende Kosten verursacht. Auch hier ist eine Beschädigung des Seekabels denkbar. Außerdem können sowohl Steine als auch Container ab einer bestimmten Wassertiefe nicht mehr ortsgenau
eingebracht werden. Eine dritte, häufig angewandte Möglichkeit besteht deshalb darin, überhaupt keinen Kolkschutz zu verwenden, eine Verkolkung in Kauf zu nehmen und dabei zu hoffen, dass die sich bildende Verkolkung eine gewisse Tiefe nicht
überschreitet. Um diese Tiefe muss das Fundament beispielsweise eines
Monopiles dann aber tiefer in den Meeresboden gesetzt werden, was höhere Baukosten verursacht. Zudem können durch die Verkolkung verlegte Seekabel des Offshore-Bauwerkes freigespült und/oder dessen Anschlüsse durch
Strömungseinwirkung beschädigt oder zerstört werden.
Sowohl Steine als auch Container können nach Rückbau der Anlagen einen dauernden Gefahrenpunkt für die Fischerei bilden, da diese Vorrichtungen aufgrund der sehr hohen Kosten in der Regel nicht demontiert werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde vor dem Hintergrund des vorstehend
beschriebenen Stands der Technik entwickelt. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung für den Kolkschutz von Offshore-Bauwerken vorzuschlagen, die einen haltbaren, kostengünstigen und dabei einen wirksamen Schutz bietet.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Vorrichtung eine oder mehrere miteinander verbundene elastische Platten aus Gummi und Gewichtselemente umfasst, die an den Platten mittels geeigneter Befestigungsmittel befestigt sind. Unter Befestigung ist eine dauerhafte und sichere Fixierung der Gewichtselemente an der oder den Platten zu verstehen, und zwar auch dann, wenn die elastische Platte oder die elastischen Platten von den Gewichtselemente nach unten gezogen oder gedrückt werden, um so eine günstige hydrodynamische Form auszubilden. Geeignete Befestigungsmittel sind beispielsweise Schrauben mit
Muttern. Unter einer günstigen hydrodynamischen Form ist zu verstehen, dass die Platte bzw. die Platten im Randbereich der Vorrichtung nach unten gekrümmt sind, wobei die Rückseite bzw. die Unterseite der Platten als Auflagefläche für den Untergrund dient und die Vorderseite bzw. die Oberseite der Platten als Auflauffläche und Schutz gegen abtragende Sand- und Wasserwirbel dient. Die Platten aus Gummi können unter der Wasser- bzw. Meeresoberfläche direkt auf die Sand- bzw. Bodenoberfläche im Bereich der Offshore-Bauwerke verlegt werden oder auch vollständig oder zum Teil unter der Bodenoberfläche liegen. Sie haben dabei den Vorteil, dass sie sich dem Verlauf der Bodenoberfläche anpassen und durch ihre elastischen Eigenschaften die Energie der Wellen und Wirbel aufnehmen können. Weiterhin sind sie beständig gegenüber Salzwasser und es tritt keine Korrosion auf. Durch die Widerstandsfähigkeit und Haltbarkeit des Gummis ist die Vorrichtung somit wartungsfrei. Das Gummi kann aus
Naturkautschuk umweltfreundlich hergestellt sein. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Vorrichtung bei einer Kollision mit Wasserfahrzeugen ungefährlich ist. Die elastische Platte oder die elastischen Platten aus Gummi werden mit den sicher und dauerhaft befestigten Gewichtselementen an den zu schützenden Stellen fixiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung mit zusätzlichen Merkmalen werden nachfolgend beschrieben.
Es hat sich als optimal erwiesen, wenn die elastische Platte oder die elastischen Platten aus Gummi eine Dicke von ein bis zwei Zentimetern aufweisen. Die Gewichtselemente sind vorzugsweise am Randbereich der Vorrichtung auf der Oberseite der elastischen Platten befestigt. Durch die von den Gewichtselementen auf die Platten ausgeübte Kraft und die durch deren Elastizität bedingte, rückstellende Kraft wird die von den Platten gebildete Fläche gekrümmt und es bildet sich eine besonders günstige, hydrodynamische Form aus, die als
Auflauffläche für Wasser- bzw. Druckwellen dient. Die Kraft der Druckwellen wird aufgenommen, absorbiert und von den Offshore-Bauwerken abgeleitet. Sollte der Boden unterhalb des Gewichtselementes wegsacken oder unterspült werden, dann bewegt sich das Gewichtselement zusammen mit der Platte nach unten, wodurch die Schutzwirkung wiederhergestellt wird. Ein unter den elastischen Platten aus Gummi verlegtes Seekabel ist optimal geschützt und erhöht die Betriebssicherheit der Anlage. Die vorgeschlagene Vorrichtung für den Kolkschutz hat im Offshore-Bereich weiterhin den Vorteil, dass sie mit einem einzigen Kranhub rückgebaut werden kann und einen hindernisfreien Meeresboden zurücklässt.
In einer bevorzugten Ausführungsform bildet die Vorrichtung bzw. bildet die elastische Platte oder bilden die miteinander verbundenen elastischen Platten eine Scheibe mit kreisförmiger oder annähernd kreisförmiger Kontur, in deren
Mittelpunkt das Offshore-Bauwerk angeordnet ist. Die Gewichtselemente sind dann insbesondere entlang des Randbereiches der Scheibe befestigt. Die elastische Platte oder die miteinander verbundenen elastischen Platten sind dann im Randbereich am stärksten nach unten gekrümmt, wobei die Krümmung in Richtung zum zentral angeordneten Offshore-Bauwerk hin abnimmt und in eine ebene Fläche übergeht.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Radius der Vorrichtung etwa dreimal so lang ist wie der Radius des Offshore-Bauwerks in der Ebene, in der die
Vorrichtung angeordnet bzw. am Offshore-Bauwerk befestigt ist. Die Gewichtselemente weisen eine etwa rechteckige Grundfläche auf, deren Längsachse jeweils in Richtung des Offshore-Bauwerks weist.
Wenn die Gewichtselemente aus Metall sind, wird eine große Masse mit hohem Gewicht bei kleinem Volumen erzielt.
Die Gewichtselemente können im Längsschnitt und/oder im Querschnitt die Form eines gleichschenkligen, symmetrischen Trapezes aufweisen, welches sich nach oben hin verjüngt, wobei dessen Ecken vorzugsweise abgerundet sind.
Die Gewichtselemente können an der Unterseite eine Einbuchtung aufweisen, die im Querschnitt konkav nach innen gewölbt ist.
Die Gewichtselemente dienen nicht nur der Beschwerung einer Platte oder mehrerer Platten. Sie haben je nach Größe und Anordnung verschiedene
Anforderungen und Aufgaben zu erfüllen.
Die Gewichtselemente sind an der oder den Platten befestigt und haben die Aufgabe, die Vorrichtung punktuell am Boden zu halten. Je nach Abstand und Wassertiefe und zu erwartender Wellenhöhe, sowie Strömungsgeschwindigkeit des Wassers sind u.a. die Masse der Gewichtselemente zu bestimmen. Sie haben unterschiedliche Porendrücke durch Wellengang, auszugleichen, d.h. zwischen den Gewichtselementen soll sich die Platte heben und senken. Der Sand bleibt jedoch darunter und wird festgehalten. Damit dieses möglich ist, muss am zu schützenden Offshore-Bauwerk eine wasserdichte Befestigung erfolgen und es müssen außen am Rand randständige Gewichtselemente vorgesehen sein.
Die Randgewichtselemente müssen eine bestimmte, strömungsgünstige Form haben und in einer bestimmten Art und mit einem bestimmten Abstand zueinander ausgerichtet werden. Für den jeweiligen Anwendungsfall sind die richtige
Gewichtsgröße und der geringste mögliche Strömungswiderstand zu wählen. Günstig sind Metallgewichtselemente mit kleiner Fläche und großem Gewicht. Auch ist der Abstand der Gewichtselemente zueinander ist wichtig. Diese
Gewichtselemente sind in Gewicht, Form und Oberfläche je nach
Einsatzbedingung so zu wählen, dass diese sich in den Meeresboden an den Rändern unter Strömungs- und Welleneinwirkung von selber einarbeiten und die Platte somit am Rand abdichtet. Dabei darf keine Falte oder Öffnung entstehen. Gleichzeitig muss aber sich dieser Rand jeder Unebenheit des Meeresbodens anpassen. Hier ist die besondere Ausbildung einer günstigen hydrodynamischen Form wichtig. Deswegen ist der Abstand der Gewichtselemente, u.a. Form, Größe und Anordnung, wichtig. Die Platte muss so einsinken, dass Sie nach Einnehmen des Ruhezustandes am Meeresboden einen flachen Übergang zwischen Platte und Seeboden darstellt, ansonsten entsteht dort ein neuer Kolk. Falten in der Platte, und wenn Sie auch nur sehr klein sind, können zur Unterspülung des Kolkschutzes und zur Schädigung des zu schützenden Offshore-Bauwerkes führen.
Die Masse der Gewichtselemente kann je nach Anwendungsfall nach
vorgenommenen Untersuchungen zwischen 50 und 500 kg/m betragen. Auch hier sind die Einsatzbedingungen entscheidend. Unter einer hydrodynamisch günstigen Form ist zu verstehen, dass sich die Platte oder die Platten, bedingt auch durch eventuelle Versteifungen, nur in der gewollten Richtung so absenken, so dass in Bezug zur Strömung eine geneigte Fläche oder leicht gekrümmte Fläche vom Offshore-Bauwerk weg mit einem Neigungsverhältnis zwischen 1 :4 und 1 :5 entsteht. Versuche haben gezeigt, dass bei dieser Neigung kein Kolk entsteht. Der Meeresboden ist in seiner Höhe nicht konstant. Es wird Geschiebe
transportiert. Das bedeutet, dass der Meeresboden um das Offshore-Bauwerk je nach Örtlichkeit durchaus um ca. 2 m abnehmen kann. Passiert dieses, ist über die vorher zu bemessende Breite der Platte bei 2 m absinken bei 1 :5 = 10m eine Neigung von 1 :5 entstanden. Dabei verkleinert sich der Außendurchmesser am Fuß der Platte und somit der Umfang. Jedes normal elastische Material würde dabei Falten werfen, nicht so bei dem gewählten Material. Dieses ist in der Lage, die Längenänderung intern im Material auszugleichen. Umgekehrt ist das Material dehnbar: senkt sich der Meeresboden nur an einer Seite des Offshore-Bauwerkes ab, ist die Vorrichtung in der Lage, sich dem absenkenden Meeresboden zu anzupassen und sich zu dehnen. Auch ist die Vorrichtung in der Lage,
Vertiefungen innerhalb der zu schützenden Fläche auszugleichen.
Die Versteifungen können extern oder in der Platte integrierte Versteifungen sein. Diese können außen am Rand der Platte einen Abstand von ca. 2 bis 3 m haben, wenn es externe Versteifungen sind. Alle Versteifungen sind von einem gedachten Mittelpunkt des zu schützenden Fundamentes aus sternförmig nach außen weglaufend angeordnet, wobei die äußere Kontur, bei bekanntem Absinken des Meeresbodens, möglichst eine runde oder annähernd eine runde Form aufweisen sollte, um eine Faltenbildung am Rand der Platte zu vermeiden.
Bei Monopiles ist der äußere Durchmesser der Vorrichtung etwa dreimal so groß wie der Durchmesser des Piles.
Sinkt der Meeresboden ab, ist eine punktuelle oder umfängliche Unterspülung der Platte gewollt. Das wird jedoch nur solange passieren, bis der Sand unter der Platte durch Verflüssigung des Sandes dem Gewichtsdruck der Platte mit
Gewichtselementen nicht mehr standhält und absinkt. Dabei ist auch eine
Krümmung der Platte, wie gezeigt, zulässig. Dieses kann punktuell oder vollständig erfolgen. Die Elastizität des Gummis passt sich dem Meeresboden an und dichtet außen an der Gewichtsreihe wieder ab. Das Fundament ist somit wieder geschützt. Sinkt der Meeresboden um 2 m ab, ist bei einer Neigung von 1 :5 die Erstreckung der Platte vom Fundamentkörper in die See 10 m. Reicht dieses Maß aus, um Kolkwirbel des Fundamentes unter obigen Bedingungen aufzunehmen, ist die Größe der Platte somit festgelegt.
Die Kolkschutz-Platte ist wasserdicht am zu schützenden Körper anzubringen. Geschieht dieses nicht und entsteht ein Spalt von nur einem Zentimeter, bildet sich durch diesen Spalt ein enormer Kolk aus und schädigt die Standfestigkeit des zu schützenden Fundamentes.
Die Gewichtselemente am Rand bestehen im Wesentlichen aus Metall. Die Gewichtselemente haben die Aufgabe, den Rand der Platte so zu beschweren, dass die Platte an den Enden in den Meeresboden einsinkt, ohne dort einen Kolk zu verursachen. Mit den Metallgewichten lässt sich im Verhältnis zum
Strömungsquerschnitt, ein möglichst hohes Gewicht realisieren. Dies bedeutet auch, dass bei der notwendigen Gewichtsgröße ein möglichst kleiner
Strömungswiderstand vorhanden ist. Unter anderem ist dieses der Grund, warum die Gewichtselemente vom Rand her in Richtung Mitte des Fundamentes betrachtet so angeordnet sind. Die Längsachse der Gewichtselemente zeigt immer in die Richtung des Fundamentes.
Die besondere Form der Gewichtselemente, mitsamt deren Abmaßen, hat aber noch andere Gründe. Die Platte bzw. die miteinander verbundenen Platten haben die Aufgabe, sich mindestens an den Rändern, jeder Kontur des Bodens anzupassen. Deswegen darf dass Gewicht nicht zu breit werden. Andererseits muss die Vorrichtung mit angeschraubten Gewichtselementen noch so flexibel sein, dass diese sich allen Bodenunebenheiten anpasst, und zwar sowohl positiven wie negativen Bodenveränderungen bzw. Bodenwellen. Je nach
Bedingungen von Meerstiefe, Strömungsgeschwindigkeit, Wellenbelastung und Bodenbeschaffenheit, haben die Gewichtselemente eine Masse von 50 bis 500 Kg/m. Die Gewichtselemente können geformt sein. Ist die Platte jedoch kleiner im
Durchmesser, ist ein Faltenwurf unvermeidlich. Damit dieser keinen Schaden anrichtet, wird der Faltenwurf in Richtung nach unten vorgegeben. Dieses wird durch die besondere Form der Gewichtselemente mit einer unteren Einbuchtung erreicht. Dabei wird die Platte zunächst gedehnt. Beim Absinken, entspannt sich die Platte. Bei weiterem Absinken wird Sie durch die vorgegebene Form viele kleine Falten werfen, die allerdings nach unten gerichtet sind und sich in den Sand hineindrücken. Dieser Effekt reicht aus, um bei konstruktiv richtig ausgelegter Platte eine Neigung wie gewünscht zu erhalten. Wird der Abstand zwischen den Gewichtselementen zu groß, wird die Falte durch Sanddruck nach oben geworfen. Der Kolkschutz wird dann am Rand undicht. Ist ein Absinken des Meeresbodens nicht zu erwarten können die Gewichtselemente ohne Einbuchtung verwendet werden, und Versteifungen sind ebenfalls nicht notwendig. Diese Versteifungen können aber auch dazu verwendet werden den Kolkschutz für den Transport auf See hochzuklappen und damit logistische Vorteile zu erlangen.
Für die Vorrichtung kann eine oder können mehrere flexible Versteifungen vorgesehen sein, deren Steifigkeit vorzugsweise einstellbar ist. Eine Versteifung umfasst ein Versteifungsprofil aus flexiblem Kunststoff, eine über dem
Versteifungsprofil angeordnete Versteifungswandung aus Gummi, die
vorzugsweise eine Gewebeeinlage aufweist und einen geschlossenen Hohlraum bildet, der mit einem Medium wie Wasser oder Luft gefüllt ist. Durch Wahl der Dicke des Versteifungsprofil und/oder Versteifungswandung sowie durch Wahl des Mediums und/oder seines Druckes kann die Steifigkeit der flexiblen Versteifung geändert bzw. eingestellt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
Figur 1 eine Draufsicht auf die Vorrichtung 1 mit einem Monopile 2; Figur 2 Teilansichten einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung 1 ' im vertikalen Schnitt;
Figur 3 ein Gewichtselement 4 im Längsschnitt a, im Querschnitt b und in der Draufsicht c; Figur 4 ein Gewichtselement 4 mit einer Einbuchtung 9 im Längsschnitt a, im
Querschnitt b und in der Draufsicht c;
Figur 5a ein vertikaler Schnitt durch die Vorrichtung 1 mit Gewichtselementen
4 mit einer Einbuchtung a und mit Gewichtselementen ohne
Einbuchtung 9; Figur 5b ein vertikaler Schnitt durch die Vorrichtung 1 mit Gewichtselementen
4 ohne Einbuchtung; und
Figur 6 eine perspektivische, horizontal angeschnittene Detailansicht einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung 1 mit einer flexiblen Versteifung 18.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Nachfolgend wird eine beste Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Merkmale den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind. Funktionsmäßig gleiche Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.
Figur 1 a zeigt eine Draufsicht auf die Vorrichtung 1 mit einem Monopile 2. Diese besteht aus miteinander verbundenen, elastischen Platten 3 aus Gummi, die ein bis zwei cm dick sind. Die Platten 3 können durch Vulkanisierung oder durch (nicht gezeigte) geeignete, formschlüssig wirkende Befestigungsmittel miteinander verbunden sein. Die miteinander verbundenen, elastischen Platten 3 haben die Form einer Scheibe mit kreisförmiger Kontur und einer kreisförmigen, zentralen Öffnung 1 1 . In der zentralen Öffnung 1 1 ist das zu schützende Offshore-Bauwerk 2, nämlich ein Monopile einer Windkraftanlage, angeordnet. Der Radius der Vorrichtung 1 ist dabei etwa dreimal so lang wie der Radius des Offshore- Bauwerks 2, und zwar bezogen auf die horizontale Ebene, in der die Vorrichtung 1 am Monopile 2 befestigt ist, nämlich auf der Höhe des Meeresbodens 8. Die aus den Gummiplatten 3 gebildete Scheibe ist am Monopile 2 wasserdicht befestigt, so dass durch die zentrale Öffnung 1 1 kein Meerwasser unter die Vorrichtung 1 dringen kann. Die elastische Platte 3 oder die elastischen Platten 3 aus Gummi liegen dem Meeresboden 8 auf, wobei durch die Elastizität
Unebenheiten des Meeresbodens 8 ausgeglichen werden können. Am Randbereich entlang des Umfangs der Vorrichtung 1 sind Gewichtselemente 4 auf den Platten 3 befestigt, die die Platten 3 an den Rändern nach unten in den Meeresboden drücken und so abdichten. Hierdurch wird ein effektiver Kolkschutz erzielt. Die Gewichtselemente 4 sind aus Gründen der Anschaulichkeit nur auf zwei gegenüberliegenden Kreissegmenten dargestellt, tatsächlich sind jedoch entlang des gesamten Scheibenrandes 13 Gewichtselemente 4 vorgesehen.
Die Gewichtselemente 4 weisen eine im Wesentlichen rechteckige Grundfläche auf. Die Gewichtselemente 4 sind so auf den Platten 3 ausgerichtet, dass sich die (gedachte) Längsachse 12 jedes Gewichtselements 4 in Richtung des Offshore- Bauwerks 2 erstreckt und sich also alle Längsachsen 12 im Zentrum der
Vorrichtung 1 bzw. des Monopiles 2 treffen.
Figur 1 b zeigt einen Ausschnitt aus Figur 1 a in einer Detailansicht. Es sind fünf Gewichtselemente 4 dargestellt, die am Rand eines Kreissegments der Platten 3 angeordnet sind, wobei der Umfang 5 des Kreissegments etwa einen Meter beträgt. Die Gewichtselemente 4 weisen jeweils eine Breite von etwa siebzehn Zentimetern und einen Abstand 6 von etwa drei Zentimetern auf. Die
Gesamtmasse der Gewichtselemente 4 beträgt pro Meter Umfang 5 etwa fünfzig bis fünfhundert Kilogramm, pro Gewichtselement 4 also zehn bis hundert
Kilogramm. Figur 2 zeigt Teilansichten a, b, c einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung 1 im vertikalen Schnitt. Diese weist an der Unterseite Versteifungselemente 7 auf. Es ist gezeigt, dass die Gummiplatten 3 dicht am Fundamentkörper des Offshore- Bauwerks 2 befestigt sein sollten. Die Figur 2 b zeigt einen um etwa zwei Meter abgesunkenen Meeresboden.
In Figur 2 c ist dargestellt, wie die elastischen Platten 3 von den
Gewichtselementen 4 nach unten gedrückt werden, so dass eine Abdichtung erfolgt und das Offshore-Bauwerk 2 wieder gegen Verkolkung geschützt ist. Sinkt der Meeresboden um zwei Meter ab, beträgt bei einer optimalen Neigung von etwa 1 :5 die Länge der Platte vom Fundamentkörper 2 aus etwa zehn Meter.
In Figur 2 d ist eine Vorrichtung 1 ohne Versteifungselemente 7 dargestellt.
Hierdurch ergibt sich eine gekrümmte Form 14 der Platten, die grundsätzlich hydrodynamisch günstig ist. Allerdings ist im gezeigten Fall die Krümmung 14 zu stark ausgeprägt, so dass Kolk fördernde Verwirbelungen entstehen. Günstiger ist eine geringere Krümmung 14', wie in Figur 2 c gestrichelt dargestellt. Dieses kann durch Wahl der Masse der Gewichtselemente 4 eingestellt werden.
Figur 3a zeigt ein Gewichtselement 4 im Längsschnitt, Figur 3b im Querschnitt und Figur 3c in der Draufsicht. Das Gewichtselement 4 hat die Grundform eines sich nach oben hin verjüngenden Quaders, der im Längsschnitt und im Querschnitt die Form eines gleichschenkligen, symmetrischen Trapezes aufweist. Die gezeigten Gewichtselemente 4 haben bezogen auf ihre Grundfläche eine Länge von 3,80 m und eine Breite der von 1 ,70 m. Der Quader verjüngt sich quantitativ derart, dass sich eine Abweichung von der Senkrechten von etwa 15 Grad ergibt. Die Ecken sind außerdem abgerundet. Hierdurch ergibt sich einerseits eine günstige hydrodynamische Form, weil an den Gewichtselementen 4 keine Wirbel und ungünstigen Strömungen des Meereswassers entstehen. Ein weiterer,
wesentlicher Vorteil der sich nach oben hin verjüngenden Form besteht darin, dass sich Abschnitte der Platten 3 elastisch nach unten absenken können, ohne dass die Gewichtselemente 4 im Bereich einer Krümmung dann in Kontakt geraten. Die Gewichtselemente 4 weisen außerdem zwei durchgehende Öffnungen 15 zum Einführen von (nicht gezeigten) Befestigungselementen auf. Hierdurch können die Gewichte dauerhaft an den Gummiplatten 3 befestigt werden. Auch bei einem Absinken der Gummiplatten 3 und der Ausbildung einer Schräge oder Krümmung, wie in Figur 2c und 2d gezeigt, ist eine sichere Fixierung gewährleistet.
Weiterhin sind für ein Gewichtselement 4 jeweils zwei untere Ausnehmungen 17 vorgesehen. Diese dienen als Montagehilfe und erleichtern ein Greifen der Gewichtselement 4, wenn dieses transportiert und danach auf den elastischen Platten 3 befestigt werden soll. Figur 4a zeigt eine andere Ausführungsform des Gewichtselements 4 im
Längsschnitt, Figur 4b im Querschnitt und Figur 4c in der Draufsicht. Das
Gewichtselement 4 weist bei dieser Ausführungsform an seiner Unterseite eine konkav nach innen bzw. nach oben gewölbte Einbuchtung 9 auf.
Figur 5a zeigt einen vertikaler Schnitt durch die Vorrichtung 1 mit
Gewichtselementen 4 mit einer unteren Einbuchtung 9. Die Gewichtselemente 4 entsprechen also der in den Figuren 4a, 4b und 4c gezeigten Ausführungsform. Die im Querschnitt dargestellten Gewichtselemente 4 sind auf der Oberseite der elastischen Platten 3 befestigt und dauerhaft fixiert.
Versuche haben gezeigt, dass bei den in Figur 5b gezeigten Gewichtselementen 4 ohne untere Einbuchtung 9 unter bestimmten Bedingungen beim Absinken der Platten 3 durch den Sanddruck zwischen den Gewichtselementen 4 nach oben weisende Falten, also Erhebungen in den elastischen Platten 3 entstehen können (nicht gezeigt). Der Kolkschutz wird dann durch die Falten bzw. Erhebungen am äußeren Rand 13 der Vorrichtung 1 undicht. Durch die dargestellten Einbuchtungen 9 erfolgt zwar auch eine Faltenbildung 10 zwischen den Gewichtselementen 4. Jedoch weisen die Falten 10 in den elastischen Platten 3 zwischen den Gewichtselementen 4 nach unten, sind also im Bereich der Zwischenräume 16 in Richtung zum Meeresboden 8 gebogen, so dass dadurch Vertiefungen 10 gebildet wird. Dies erfolgt dadurch, dass die Einbuchtungen 9 eine konkave Führung für die Gummiplatten 3 bilden, wodurch die Gummiplatten 3 wellenartig geformt werden, wie in Figur 5a gezeigt. Hierdurch wird im Bereich der Zwischenräume 16 eine schädliche Faltenbildung nach oben vermieden und die Vorrichtung 1 dichtet auch in den Randbereichen ab und schütz Offshore-Bauwerke 2 vor Verkolkung.
Figur 5b zeigt Gewichtselemente 4 ohne Einbuchtung. Ist ein größeres Absinken des Meeresbodens und damit eine Faltenbildung nach unten nicht zu erwarten, kann diese Ausführungsform der Gewichtselemente 4 verwendet werden.
Figur 6 zeigt eine perspektivische, horizontal angeschnittene Detailansicht einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung 1 mit einer flexiblen Versteifung 18. Diese umfasst ein Versteifungsprofil 19 aus flexiblem Kunststoff. Das
Versteifungsprofil 19 ist mittels geeigneter Befestigungsmittel auf den elastischen Platten 3 befestigt. Über dem Versteifungsprofil 19 ist eine Versteifungswandung 20 aus Gummi angeordnet, die eine Gewebeeinlage aufweisen kann und auf den Platten 3 dicht befestigt ist. Die Befestigung kann jeweils durch Klebemittel oder Vulkanisierung erfolgen.
Die obere Versteifungswandung 20 bildet zusammen mit den elastischen Platten 3 einen geschlossenen Hohlraum 21 , der mit einem Medium gefüllt ist. Als Medium kommt beispielsweise Wasser oder Luft in Frage. Durch Wahl der Dicke von Versteifungsprofil 19 und/oder Versteifungswandung 20 sowie durch Wahl des
Mediums und/oder seines Druckes kann die Steifigkeit der flexiblen Versteifung 18 geändert bzw. eingestellt werden.
Bezugszeichenliste
1 . Vorrichtung
2. Offshore-Bauwerk
3. Elastische Platten
4. Gewichtselemente
5. Umfang
6. Abstand der Gewichtselemente
7. Versteifungen
8. Meeresboden
9. Einbuchtung
10. Falte
1 1 . Zentrale Öffnung
12. Längsachse
13. Randbereich
14. Krümmung
15. Befestigungsöffnungen
16. Zwischenraum
17. Ausnehmung
18. Versteifung
19. Versteifungsprofil
20. Versteifungswandung
21 . Hohlraum mit Medium

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung (1 ) für den Kolkschutz von Offshore-Bauwerken (2), die eine oder mehrere miteinander verbundene elastische Platten (3) aus Gummi und Gewichtselemente (4) umfasst, die an den Platten (3) mittels
Befestigungsmitteln befestigt sind.
2. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
elastische Platte (3) oder die elastischen Platten (3) aus Gummi eine Dicke von ein bis zwei Zentimetern aufweisen und/oder die Gewichtselemente (4) am Randbereich der Vorrichtung (1 ) auf der elastischen Platte (3) oder den elastischen Platten (3) befestigt sind.
3. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die elastische Platte (3) oder die miteinander verbundenen elastischen Platten (3) eine Scheibe mit kreisförmiger oder annähernd kreisförmiger Kontur bilden, in deren Mittelpunkt das Offshore- Bauwerk (2) angeordnet ist.
4. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Radius der Vorrichtung (1 ) etwa dreimal so lang ist wie der Radius des Offshore-Bauwerks (2) in der Ebene, in der die Vorrichtung (1 ) angeordnet ist.
5. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Gewichtselemente (4) eine im Wesentlichen rechteckige Grundfläche aufweisen, deren Längsachse jeweils in Richtung des Offshore-Bauwerks (2) weist.
6. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Gewichtselemente (4) im Wesentlichen aus Metall bestehen.
7. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Gewichtselemente (4) im Längsschnitt und/oder im Querschnitt die Form eines gleichschenkligen, symmetrischen Trapezes aufweisen, wobei dessen Ecken vorzugsweise abgerundet sind.
8. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtselemente (4) an der Unterseite eine Einbuchtung (9) aufweisen, die im Querschnitt konkav gewölbt ist.
9. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine flexible Versteifung (17) vorgesehen ist, die ein Versteifungsprofil (19) und eine über dem
Versteifungsprofil (19) angeordnete Versteifungswandung (20) umfasst, wobei die Versteifungswandung (20) einen geschlossenen Hohlraum (21 ) bildet, der mit einem Medium gefüllt ist.
PCT/DE2013/100147 2012-04-22 2013-04-22 Vorrichtung für den kolkschutz von offshore-bauwerken WO2013159770A1 (de)

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EP2841654A1 (de) 2015-03-04
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