用于海上設(shè)施的結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】用于安裝海上設(shè)施(2)比如風(fēng)力渦輪機(jī)或者石油和天然氣平臺的結(jié)構(gòu)(1)。所述結(jié)構(gòu)(1)包括：底座(4)、頂部構(gòu)件(8)以及將底座(4)連接到頂部構(gòu)件(8)的格構(gòu)架(6)結(jié)構(gòu)。所述結(jié)構(gòu)(1)的子組件可以在安裝前被預(yù)組裝以提供建造的便捷，或它們可以被運(yùn)輸?shù)筋A(yù)先確定的位置并且在現(xiàn)場被組裝。
【專利說明】用于海上設(shè)施的結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于安裝海上設(shè)施的結(jié)構(gòu)，并且特別地，涉及可以被方便地建造來在其上安裝風(fēng)力渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]越來越多的海上風(fēng)電場正在歐洲水域被建設(shè)并且顯著數(shù)量的海上風(fēng)電場在世界其他地方被計(jì)劃。一般而言，至今被建設(shè)的海上風(fēng)電場相對地靠近海岸或在淺水域中；然而，它們被安裝于的水深在增加。雖然，目前被安裝在海上的大多數(shù)渦輪機(jī)具有典型地在3-5MW的范圍的輸出功率，它們的大小始終在不斷增加并且現(xiàn)在一些更大的渦輪機(jī)正在被開發(fā)。由于在更深的水深中的更大的渦輪機(jī)的趨勢，至今使用的渦輪機(jī)基座的技術(shù)能力證明是有限的。像這樣的基座正變得更大并且更重，以便能夠承受所經(jīng)受的更大的力。
[0003]至今在行業(yè)中主要的基座類型被稱為單樁。它由大直徑的鋼的管狀段組成，所述鋼的管狀段被打樁到海床中。打樁過程既漫長又嘈雜，并且引起針對結(jié)構(gòu)的顯著應(yīng)力，所述應(yīng)力減少結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。另外，關(guān)于在安裝期間發(fā)出的噪音的環(huán)境擔(dān)憂可能既季節(jié)性地(由于對環(huán)境受體的影響，比如海洋哺乳動物和魚類，包括它們的卵)又日/夜循環(huán)地(由于對人類受體的影響)限制進(jìn)行打樁的機(jī)會。
[0004]隨著渦輪機(jī)大小和水深二者的增加，單樁基座的成本以及與它們的安裝相關(guān)的技術(shù)困難也增加。雖然大直徑單樁解決方案已經(jīng)被提出來適應(yīng)較大的渦輪機(jī)以及較深的水域，安裝它們所需要的力顯著地增加，噪音和引起的應(yīng)力也像這樣顯著地增加。另外，結(jié)構(gòu)通過波浪、潮汐以及海流所經(jīng)受的力也顯著地增加。隨著水動力的增加，比如圍繞結(jié)構(gòu)的沉積物的沖刷的影響也增加。所有這些問題增加基座在材料方面增加成本的設(shè)計(jì)需求，所述材料需要承受應(yīng)力的同時(shí)限制加到海床的應(yīng)力。
[0005]除上述之外，適合于單樁的海床的類型受到限制。某些地質(zhì)類型，例如白堊巖，不適當(dāng)?shù)嘏c加到海床的應(yīng)力和力矩相互作用。例如，當(dāng)被壓時(shí)(如在打樁期間，或當(dāng)被加載和被卸載循環(huán)的力矩時(shí))白堊巖會粉碎并且從而不施加期望的力在樁上。同樣地，其他海床類型沒有期望的結(jié)構(gòu)能力來支撐樁，或者樁的設(shè)計(jì)需要被修改來將加的力減少到適當(dāng)?shù)乃?這增加成本。
[0006]雖然，不同于單樁的子結(jié)構(gòu)和基座類型已經(jīng)被使用，但迄今為止這些被用在了有限的數(shù)量中。子結(jié)構(gòu)比如重力底座以及導(dǎo)管架(jacket)的使用已經(jīng)受到水深、波候(waveclimate)以及與它們的加工相關(guān)聯(lián)的成本的限制。至今，其他結(jié)構(gòu)比如三腳架以及三樁只被用在了非常有限的數(shù)量中。
[0007]重力底座已經(jīng)主要地被用在波羅的海中，那里的水域相對地淺并且波浪動態(tài)不像在北海中那樣地活躍。它們大的(典型地混凝土)結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)常常被集料(aggregate)填充來增加質(zhì)量。重力底座的限制使用是因?yàn)樗鼈兊募庸こ杀?，所述成本與生產(chǎn)它們所需要的材料、空間以及時(shí)間有關(guān)系。針對由于澆注顯著高度混凝土結(jié)構(gòu)的本質(zhì)的每個(gè)基座的更長的周期，還需要大的建造區(qū)域。另外，涉及的材料的量，特別是當(dāng)為深的或活躍的水域設(shè)計(jì)時(shí)，增加成本和加工時(shí)間并且增加被計(jì)劃的地點(diǎn)的空間要求。
[0008]因?yàn)橹亓Φ鬃侨绱舜筚|(zhì)量的結(jié)構(gòu)，與它們相關(guān)聯(lián)的問題同樣地顯著。一旦安裝浸沒結(jié)構(gòu)的大小導(dǎo)致顯著的水動力效應(yīng)，比如海床的沖刷以及結(jié)構(gòu)經(jīng)受的力。由于水動力是如此顯著，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要足夠大以適應(yīng)它們，這增加質(zhì)量以及成本。另外，由于結(jié)構(gòu)是浸沒的，任何被增加的質(zhì)量具有相關(guān)聯(lián)的浮力，這意味著在施加力來抵抗強(qiáng)加于結(jié)構(gòu)上的那些力的方面不太有效，從而結(jié)構(gòu)固有質(zhì)量的全部能力沒有被利用并且結(jié)構(gòu)的總體大小需要被增加以抵消浮力的效果，反過來增加結(jié)構(gòu)經(jīng)受的力。由于結(jié)構(gòu)經(jīng)受的力是顯著的，那些被加到海床的力也同樣是顯著的，在安裝重力底座之前典型地需要海床處理，以保證水平面并且加強(qiáng)沉積物的載荷承載性能。這樣的海床處理增加海上操作的成本、時(shí)間以及風(fēng)險(xiǎn)。
[0009]導(dǎo)管架基座已經(jīng)被用在較深的水域中，盡管它們的成本已經(jīng)限制了設(shè)施的數(shù)量。導(dǎo)管架是通過樁的使用被固定到海床的鋼的格構(gòu)架結(jié)構(gòu)。它們的成本與下列相關(guān):加工它們需要的空間、用來焊接結(jié)構(gòu)所花的時(shí)間和精力的量、需要的材料的量，以及打樁和安裝導(dǎo)管架的成本。由于顯著的拉伸和壓縮力被傳遞到導(dǎo)管架的格構(gòu)架結(jié)構(gòu)，導(dǎo)管架的頂段的詳細(xì)工程處理以及制造是貢獻(xiàn)總的結(jié)構(gòu)成本的顯著方面。通過樁的使用將導(dǎo)管架固定到海床的需要意味著安裝的噪音影響仍然是行業(yè)的顯著擔(dān)憂。
[0010]針對海上風(fēng)力渦輪機(jī)，一些其他結(jié)構(gòu)類型已經(jīng)被使用或被提出，包括，三腳架、三樁以及不同的浮動設(shè)計(jì)。至今被使用或提出的三腳架，具有或?qū)⑿枰@著的制造工作量以及打樁，二者都抬高成本。三樁也需要打樁，并且在結(jié)構(gòu)的頂部分配應(yīng)力的詳細(xì)工程處理是復(fù)雜并且昂貴的。浮動的基座設(shè)計(jì)已經(jīng)被原型化，然而，它們需要顯著的水深，或者必需顯著的制造和材料成本。
[0011]然而，石油和天然氣行業(yè)每個(gè)油氣田只需要幾座設(shè)施，它們本身結(jié)構(gòu)的相對高的成本可以被吸收到商業(yè)模式的總的成本中。在海風(fēng)的情況下，由于需要大量的結(jié)構(gòu)，部分地正是這些高成本目前阻止該行業(yè)變成成熟且具有競爭力的技術(shù)。通過具有這樣的結(jié)構(gòu)使海風(fēng)具有競爭優(yōu)勢將是有利的，這種結(jié)構(gòu)是低成本、以比目前基座類型低的空間需要簡單而迅速地被加工、快速地被組裝，并且可以被方便地部署到選擇的位置。如果在安裝過程期間結(jié)構(gòu)可以以很少或沒有噪音發(fā)出的方式被安裝，并且如果需要有限的或不需要海床處理，這將是更有利的。如果結(jié)構(gòu)也是相對地剛性的并且能夠承受一些施加在它上的力，以使各式各樣的渦輪機(jī)類型能夠被安裝在其上，這將是非常有利的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]發(fā)明的目的在于通過這樣的提供結(jié)構(gòu)(或重力底部基座)來解決上述問題，所述結(jié)構(gòu)具有限制加到結(jié)構(gòu)上的力的以及結(jié)構(gòu)中固有的浮力的高的水動力透過性和低的浸沒體積。設(shè)計(jì)使力最小化并且控制在運(yùn)行階段通過結(jié)構(gòu)被施加在海床上的頻率，并且由此結(jié)構(gòu)本身需要很少或不需要海床處理。結(jié)構(gòu)是剛性的并且能夠承受大范圍的載荷工況，從而使它在適應(yīng)依照安裝位置和海床類型的不同特性的一些安裝設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)需求方面能夠是靈活的。結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)限制在子組件之間傳遞的拉力，減少在結(jié)構(gòu)內(nèi)的結(jié)合部的工程處理以及制造需求。雖然結(jié)構(gòu)可以是單個(gè)或一體的構(gòu)造，結(jié)構(gòu)將優(yōu)選地利用一些子組件(例如，底座，格構(gòu)架以及頂部構(gòu)件)以便利加工和組裝。
[0013]通過以浸沒板的形式提供底座(與穿入地表的結(jié)構(gòu)形成對照)并且將它與其他子組件結(jié)合以形成結(jié)構(gòu)，總結(jié)如下:
[0014].結(jié)構(gòu)的質(zhì)量可以被保持到最小，由此使在海床上的直接力最小化并且擴(kuò)大適合于海上結(jié)構(gòu)安裝的海床類型的范圍
[0015].浸沒的橫截面積可以被減小，由此限制水動力引起的力以及沖刷的發(fā)生
[0016].打樁可以被避免，由此減少安裝時(shí)間、成本、風(fēng)險(xiǎn)以及相關(guān)聯(lián)的噪音
[0017].海床處理可以被最小化，或者在一些情況下完全被避免
[0018].從水平面的偏差可以在安裝其他子組件時(shí)被糾正
[0019]相應(yīng)地，本發(fā)明提供用于安裝海上設(shè)施(例如風(fēng)力渦輪機(jī))的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括頂部構(gòu)件(下面有時(shí)被提及為大質(zhì)量的頂部構(gòu)件(即具有顯著質(zhì)量的頂部構(gòu)件)或重力過渡構(gòu)件)、底座(或重力板)以及將頂部構(gòu)件連接到底座的載荷傳遞格構(gòu)架(或?qū)Ч芗?。
[0020]在這說明書中，術(shù)語比如“向上(up)”、“上(upper)”、“下(lower)，，、“在…上面(above) ”以及“在…下面(below)”參考結(jié)構(gòu)在它正常使用方向使用。例如，熟練人員將理解，考慮在海床的形態(tài)中的小偏差，在被放置在海床上時(shí)，結(jié)構(gòu)以基本上豎直的構(gòu)造被配置來使用。從而，關(guān)于下表面意指在使用中將面朝下朝向海床的表面。
[0021]底座可以是低輪廓、大表面積的板,所述板分配被施加在海床上的力以減小承載壓力。優(yōu)選地，所述底座將由鋼筋混凝土形成，并且將固有地具有它自己的質(zhì)量，所述質(zhì)量可以被利用來，在全部結(jié)構(gòu)不被保持在純粹地壓縮的狀態(tài)的設(shè)計(jì)情況下，抵消任何通過載荷傳遞格構(gòu)架被傳遞的殘余拉力。通過將施加在海床上的壓力最小化，需要有限的海床處理(如果有的話)以及后來的加強(qiáng)。底座可以自安裝(即，以至于它浮動，被拖出到地點(diǎn)并且下沉到合適的地方)，或者以至于它被吊到合適的位置。避免了對海床處理結(jié)構(gòu)或打樁的需要。
[0022]底座可以被形成來包括在它之內(nèi)的空洞，這樣以至于他們能夠容納大量的水，或其他材料。通過包含水以外的材料，底座的浸沒重量可以被優(yōu)化來抵消任何在結(jié)構(gòu)上的力，同時(shí)通過包含或者水或者其他材料，底座的安裝可以被優(yōu)化。通過在安裝期間調(diào)整底座的速度和動量，一旦底座與海床撞擊，可能使海床塑性地變形，以至于通過作為相互作用的結(jié)果的壓緊，海床既被平滑又被加強(qiáng)。
[0023]底座優(yōu)選地被設(shè)計(jì)有一個(gè)或更多個(gè)配合界面，所述配合界面具有或者凸的或者凹的的連接部件，來容納載荷傳遞格構(gòu)架。將被熟練人員理解的是底座可以包含一個(gè)或更多個(gè)凸的連接部件并且格構(gòu)架可以具有相應(yīng)數(shù)量互補(bǔ)形成的凹的連接部件，或反之也然?？梢允褂猛沟囊约鞍嫉倪B接部件的組合。通過允許材料附加到配合界面，例如通過使用墊、灌漿、填料或套，配合接口也使結(jié)構(gòu)能夠容忍一些的海床傾斜。由于是被澆注的，配合界面可以被一體地形成在底座中。
[0024]可拆卸的預(yù)澆注的墊或套可以與一個(gè)或更多個(gè)配合界面一起被利用來改變底座/格構(gòu)架結(jié)構(gòu)表面的平面的傾斜。更特定地，一個(gè)或更多個(gè)墊可以被放置在底座的上表面的開口或配合界面之內(nèi)，所述開口或配合界面限定凹的連接部件以至于在使用中互補(bǔ)的凸的連接部件置于墊上。配合界面可以包括用于接收到凹的表面的灌漿或填料，或者，接收到凸的表面的套的裝置，以保證配合界面可以以最小的成本被對準(zhǔn)?？梢允褂脡|、灌漿、填料以及套的組合。
[0025]底座可以包括至少一個(gè)孔，所述至少一個(gè)孔從底座的上表面延伸直到底座的下表面。在發(fā)明的實(shí)施方案中，底座包括至少一個(gè)錐狀表面，所述至少一個(gè)錐狀表面從底座的下表面延伸到孔。所述孔以及所述錐狀表面允許底座被方便地降下到海床?？椎拇笮】梢员贿x擇來確定這樣的速率，即底座可以以所述速率下降通過水體。底座下表面的錐狀便利水通過孔的穩(wěn)定流動，以及優(yōu)化在與海床的沖擊期間底座施加的壓力。通過優(yōu)化底座下降以及沖擊海床的速率，底座可能使在底座下的沉積層塑性地變形，以至于海床的局部形態(tài)可以平坦化。這允許力在底座的整個(gè)表面上的均勻分散。另外海床的塑性變形可以通過壓緊海床沉積物來加強(qiáng)它們。所述孔可以被提供在底座的中間部分。
[0026]底座可以具有基本上三角形的形狀，其中配合界面被提供在每個(gè)頂點(diǎn)?？商鎿Q的形狀，比如基本上正方形或其他形狀，可以被利用。
[0027]在發(fā)明的實(shí)施方案中，底座優(yōu)選地包括一個(gè)或更多個(gè)沖刷防護(hù)沉排。(沖刷是通過水動力作用移除沉積物并且可以具有動搖結(jié)構(gòu)的作用。)每個(gè)沖刷防護(hù)沉排優(yōu)選地由混凝土形成并且可以與底座一體地形成。每個(gè)沉排優(yōu)選地包括一系列的混凝土部分，所述混凝土部分被附接裝置(例如聚丙烯線纜)以類似于被保持在一起來支撐在床上的墊子的撐桿的方式附接到一起(由此術(shù)語為混凝土沉排)。同樣的附接裝置可以通過在加工底座期間并入的方式形成到底座的附接機(jī)構(gòu)。在底座加工期間的附接裝置并入的可替換方式是在安裝之前每個(gè)混凝土沉排可以被附接到底座。
[0028]混凝土部分可選地可以是基本上圓柱形的。理想地，在底座運(yùn)輸以及安裝過程期間每個(gè)混凝土沉排可以被儲存在卷曲的或卷起的配置中。一旦底座被安裝在它的優(yōu)選位置，沉排被解開并且混凝土部分被允許向下展開到海床上。優(yōu)選地，每個(gè)沖刷防護(hù)沉排將被這樣建造，當(dāng)在部署前的卷曲配置時(shí)，沖刷防護(hù)沉排的質(zhì)量的中心仍然在連接到底座的樞轉(zhuǎn)點(diǎn)之外。這保持在附接裝置上的張力并且保證當(dāng)被釋放時(shí)，在它自己的重量下每個(gè)沉排將被展開并且圍繞底座部署。通過使用混凝土沉排，水動力作用與鄰近底座的海床沉積物解除關(guān)聯(lián)，并且反而被偏置到沉排終止的點(diǎn)。通過水動力沖刷作用的位置改變，總體設(shè)計(jì)對海床沉積物的移除的敏感性被減小?；炷脸僚诺某叽缈梢员粌?yōu)化來適應(yīng)獲得海床沖刷的期望水平的設(shè)計(jì)情況。通過最優(yōu)地確定混凝土沉排的尺度，這樣的極端角度可以被控制，在所述極端角度直接鄰近底座的沉積物可以通過沖刷的作用實(shí)現(xiàn)，并且由此海床的承載能力可以被保持。
[0029]載荷傳遞格構(gòu)架優(yōu)選地被配置來被安裝在底座上，并且被設(shè)計(jì)來傳遞在頂部構(gòu)件和底座之間的力。一旦被安裝到格構(gòu)架，底座也可以提供拉伸能力以適應(yīng)任何水平傳播的通過格構(gòu)架結(jié)構(gòu)加到所述底座的力。使用材料(比如灌漿)來固定底座和格構(gòu)架之間的界面點(diǎn)，可以被利用來從格構(gòu)架傳遞力(比如傳播的或殘余的拉力載荷)到底座。格構(gòu)架優(yōu)選地由混凝土形成，然而，可以由鋼形成。通過具有低浸沒輪廓，格構(gòu)架仍然是水動力高效的并且這樣不會由于波浪、潮汐以及海流或顯著的海床沖刷作用，在結(jié)構(gòu)內(nèi)引起大載荷。格構(gòu)架可以具有任何適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，比如常規(guī)的用于標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)管架基座的格構(gòu)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，或基于雙曲面配置的改進(jìn)的設(shè)計(jì)，所述雙曲面配置在下文被更詳細(xì)的描述。格構(gòu)架可以包含多個(gè)基本上豎直地延伸的支桿，可選地以預(yù)澆注的中空的管狀構(gòu)件的形式加工所述構(gòu)件是成本效益高的。
[0030]示例性的設(shè)計(jì),雙曲面導(dǎo)管架,優(yōu)選地包括一對或更多對基本上豎直地延伸的支桿，所述支桿被配置以至于它們呈現(xiàn)雙曲面配置。通過這樣做，在結(jié)構(gòu)上的力只通過單向的力在底座和頂部構(gòu)件之間被傳遞，簡化了結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及加工過程，也便利不太容忍多方向的應(yīng)力的材料(比如混凝土)的使用。雙曲面導(dǎo)管架可以通過借助于頂部構(gòu)件施加適當(dāng)?shù)膲嚎s載荷被保持在壓縮狀態(tài)。被壓縮的支桿的優(yōu)勢是由循環(huán)載荷產(chǎn)生的疲勞裂紋長度是有限的，像這樣用于材料(比如鋼)的設(shè)計(jì)情況被簡化。另外，對于比如混凝土的材料，壓縮載荷的應(yīng)用簡化支桿的設(shè)計(jì)和加工，通過壓縮載荷的應(yīng)用，混凝土支桿變成后張法預(yù)應(yīng)力混凝土。
[0031]具有雙曲面配置(例如雙曲面導(dǎo)管架)的格構(gòu)架可以與其他類型的支撐結(jié)構(gòu)一起使用，不一定是具有底座和頂部構(gòu)件的那些支撐結(jié)構(gòu)。換句話說，本發(fā)明提供用于安裝海上設(shè)施的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括具有雙曲面配置的載荷傳遞格構(gòu)架。這樣的格構(gòu)架的其他特征可以在本文中找到。
[0032]在發(fā)明的實(shí)施方案中，格構(gòu)架可以被設(shè)計(jì)來通過格構(gòu)架的組件容納線纜的布線，以使得為了那個(gè)目的對任何二級結(jié)構(gòu)的需求減到最小，從而既減小加工的成本又減小維護(hù)的成本。線纜布線裝置可以以一個(gè)或更多個(gè)通道(線纜槽)的形式被提供在格構(gòu)架結(jié)構(gòu)內(nèi)，例如包含通過下面提到的節(jié)點(diǎn)以及支桿。
[0033]在發(fā)明的實(shí)施方案中，格構(gòu)架優(yōu)選地包括鄰近底座的底部環(huán)以及鄰近頂部構(gòu)件的頂部環(huán)。底部環(huán)以及頂部環(huán)可以由混凝土形成?；旧县Q直地延伸的支桿可以在格構(gòu)架的底部環(huán)和頂部環(huán)之間延伸并且被格構(gòu)架的底部環(huán)和頂部環(huán)保持在合適的位置。底部環(huán)優(yōu)選地通過多個(gè)底部節(jié)點(diǎn)通過底部支桿互相連接形成。每個(gè)底部節(jié)點(diǎn)優(yōu)選地被配置來附接到基本上豎直地延伸的兩個(gè)支桿的下端，其中所述底部支桿優(yōu)選地被配置來將鄰近的底部節(jié)點(diǎn)連接到一起以形成底部環(huán)。同樣地，頂部環(huán)優(yōu)選地通過由頂部支桿互相連接的多個(gè)頂部節(jié)點(diǎn)形成。每個(gè)頂部節(jié)點(diǎn)優(yōu)選地被配置來附接到基本上豎直地延伸的支桿的上端，其中所述頂部支桿優(yōu)選地被配置來將鄰近的頂部節(jié)點(diǎn)連接到一起以形成頂部環(huán)。頂部環(huán)和底部環(huán)有效地形成鎖定裝置以允許基本上豎直地延伸的支桿被保持在合適的位置，以至于借助于相應(yīng)的或互補(bǔ)的配合界面:(a)格構(gòu)架可以被安裝在底座上，以及(b)頂部構(gòu)件可以被安裝在格構(gòu)架上。
[0034]節(jié)點(diǎn)、支桿等可以以混凝土的形式被預(yù)澆注并且然后被連接到一起以形成頂部環(huán)和底部環(huán)。
[0035]頂部構(gòu)件被配置位于格構(gòu)架的頂部上并且可以由混凝土，或其他適當(dāng)?shù)牟牧?比如鋼)形成。它是被設(shè)計(jì)來使(或者全部或者大部分)安裝在它上的設(shè)施(例如風(fēng)力渦輪機(jī))施加的傾覆載荷分解為壓縮力的大質(zhì)量的并且寬的結(jié)構(gòu)。頂部構(gòu)件優(yōu)選地包括至少一個(gè)凹座或其他為了安裝設(shè)施在其上的安裝特征。在海上結(jié)構(gòu)(比如石油平臺、天然氣平臺以及海上變電站)的情況下，頂部構(gòu)件可以是設(shè)施結(jié)構(gòu)的一體的部件。另外，頂部構(gòu)件容納通過由載荷傳遞格構(gòu)架傳遞的載荷施加在所述頂部構(gòu)件上的力，比如那些通過波浪沖擊被強(qiáng)加的力。在結(jié)構(gòu)只被保持在壓縮載荷中的設(shè)計(jì)情況中，它施加壓縮整個(gè)結(jié)構(gòu)的力并且從而如果需要的話可以被用于使格構(gòu)架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生后張預(yù)應(yīng)力。格構(gòu)架由比如混凝土的材料制成可能是特別令人滿意的。為了控制結(jié)構(gòu)的振動以及由此被加到或者設(shè)施或者海床的頻率，頂部構(gòu)件可以容納頻率控制設(shè)備，比如無阻尼減震器，或主動阻尼機(jī)構(gòu)。通過包含減震器，通過或者設(shè)施或者波浪作用在結(jié)構(gòu)中引發(fā)的頻率的控制可以防止設(shè)計(jì)敏感性(比如海床的頻率敏感性)增加總的結(jié)構(gòu)的成本。
[0036]頂部構(gòu)件可以與其他類型的支撐結(jié)構(gòu)一起使用，不一定是具有底座和格構(gòu)架的那些支撐結(jié)構(gòu)。換句話說，本發(fā)明提供用于安裝海上設(shè)施的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括分開地可安裝到支撐結(jié)構(gòu)的頂部構(gòu)件。這樣的頂部構(gòu)件的其他特征可以在本文中找到。
[0037]在發(fā)明的實(shí)施方案中，頂部構(gòu)件能夠通過包含一個(gè)或更多個(gè)被安裝到頂部構(gòu)件的中壓載箱而具有增加到頂部構(gòu)件的質(zhì)量，所述壓載箱可以被水、集料或如期望的其他適當(dāng)?shù)牟牧咸畛?。壓載艙可以與頂部構(gòu)件一體地形成，并且如果在頂部構(gòu)件(參見下面)內(nèi)提供如空的區(qū)域或者腔，它們可以通過頂部構(gòu)件的內(nèi)壁至少部分地被限定。頂部構(gòu)件的下表面優(yōu)選地包含用于將頂部構(gòu)件連接到格構(gòu)架的一個(gè)或更多個(gè)配合界面。開口可以位于配合界面以便利線纜通過格構(gòu)架和/或頂部構(gòu)件布線。由于是被澆注的，配合界面可以被一體地形成在頂部構(gòu)件中。
[0038]被限定在頂部構(gòu)件中的壓載箱，空的區(qū)域或腔可以具有被引入到它們中的附加的材料以增加頂部構(gòu)件的總質(zhì)量，以至于頂部構(gòu)件足夠地重，并且具有足夠的直徑，來使任何被施加在結(jié)構(gòu)上的傾覆力矩分解為純粹的壓縮力。(換句話說，頂部構(gòu)件可以是基本上中空的結(jié)構(gòu)。)在純粹的壓縮設(shè)計(jì)的情況中，附加材料可以增加頂部構(gòu)件的質(zhì)量，以至于頂部構(gòu)件施加載荷到格構(gòu)架結(jié)構(gòu)上。這樣的效果可以使格構(gòu)架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生后張應(yīng)力，在結(jié)構(gòu)是由特定的材料(比如混凝土)制成的情況下是令人期望的。施加到結(jié)構(gòu)的載荷可以根據(jù)需要被調(diào)整以保證所述設(shè)計(jì)適應(yīng)由被支撐的設(shè)施施加的力，例如，在優(yōu)化施加在格構(gòu)架上的力時(shí)。
[0039]由于在結(jié)構(gòu)被安裝使用時(shí)頂部構(gòu)件的位置在吃水線以上，任何增加到頂部構(gòu)件的質(zhì)量不會排水并且這樣被施加的力不會像增加的質(zhì)量在吃水線以下的情況通過浮力效果被減小。這樣，與比如集料的其他材料不同，可能使用水以實(shí)際上無成本來增加到頂部構(gòu)件的質(zhì)量。當(dāng)然，這不排除使用其他材料。另外，通過避免增加到頂部構(gòu)件的材料的浮力效果，結(jié)構(gòu)既可以在結(jié)構(gòu)的組構(gòu)方面也可以在增加到結(jié)構(gòu)的材料方面使用最小量的材料。
[0040]結(jié)構(gòu)的子組件(即，底座、頂部構(gòu)件以及格構(gòu)架)可以在安裝前被組裝到一起，或預(yù)期它們可以被分開傳遞并且在現(xiàn)場被組裝。當(dāng)被分開傳遞時(shí)，在將格構(gòu)架連接到底座并且隨后頂部構(gòu)件和設(shè)施將被支撐到格構(gòu)架之前，首先將底座固定地放置在合適的位置是可能的。這樣使結(jié)構(gòu)沒有被固定地安裝的風(fēng)險(xiǎn)最小化，因?yàn)樵诎惭b本發(fā)明的下一個(gè)子組件之前可以采取步驟來保證提供穩(wěn)固的底座或基座。
[0041]結(jié)構(gòu)可以被架置或安裝在海床上。然而，熟練人員將理解的是所述結(jié)構(gòu)可以被系在水中以至于設(shè)施(例如風(fēng)力渦輪機(jī))可以被安裝在其上。在這種方案中，為了所述結(jié)構(gòu)被系在水中，底座可以是能浮起的。因此，熟練人員將理解的是，底座將優(yōu)選地進(jìn)一步包括附加的、用于將底座固定到海床的固定裝置。
[0042]一個(gè)或更多個(gè)結(jié)構(gòu)可以被用來支撐單個(gè)設(shè)施，以至于設(shè)施可以被安裝在海上。例如，具有多個(gè)腳的天然氣或石油平臺可以通過多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)被錨固到海床或被系在水中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]現(xiàn)在，通過實(shí)施例并且參考附圖的方式描述本發(fā)明的具體實(shí)施方案，附圖中同樣的標(biāo)號被用來表示同樣的部件，并且其中:
[0044]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的與風(fēng)力渦輪機(jī)一起安裝的結(jié)構(gòu)；
[0045]圖2示出圖1的發(fā)明的三個(gè)主要子組件；
[0046]圖3示出圖2的底座以及載荷傳遞格構(gòu)架；
[0047]圖4示出圖2的底座；
[0048]圖5示出圖4的底座底面；
[0049]圖6示出圖4的底座通過A-A線的截面；
[0050]圖7示出圖6的可替換的視圖，附加地包括預(yù)澆注的墊；
[0051]圖8示出圖4的底座，附加地包括整體的沖刷防護(hù)沉排；
[0052]圖9示出圖2的載荷傳遞格構(gòu)架；
[0053]圖10示出圖9的載荷傳遞格構(gòu)架的底部環(huán)；
[0054]圖11示出圖9的載荷傳遞格構(gòu)架的足部節(jié)點(diǎn)；
[0055]圖12示出圖9的載荷傳遞格構(gòu)架的頂部環(huán)；
[0056]圖13示出圖9的載荷傳遞格構(gòu)架的頂部節(jié)點(diǎn)；
[0057]圖14示出從下面觀看的圖13的頂部節(jié)點(diǎn)；
[0058]圖15示出圖2的頂部構(gòu)件；
[0059]圖16示出圖15的頂部構(gòu)件通過B-B線的截面；
[0060]圖17示出圖2的頂部構(gòu)件的可替換的視圖；
[0061]圖18示出圖17的頂部構(gòu)件通過C-C線的截面；
[0062]圖19示出從下面觀看的圖15的頂部構(gòu)件；以及
[0063]圖20示出安裝在海床上的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。

【具體實(shí)施方式】
[0064]現(xiàn)在參考附圖，圖1示出根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)I (或重力導(dǎo)管架基座)，用于在其上安裝海上設(shè)施，例如風(fēng)力渦輪機(jī)2。
[0065]結(jié)構(gòu)I的子組件在圖2中被更詳細(xì)地示出并且包含底座4(或重力板)、載荷傳遞格構(gòu)架6 (或雙曲面導(dǎo)管架)以及頂部構(gòu)件8 (或重力過渡構(gòu)件)。
[0066]底座4坐在海床SB(圖20)上并且擔(dān)當(dāng)載荷分散裝置，支承由結(jié)構(gòu)I施加在海床上的壓力。格構(gòu)架6減小由結(jié)構(gòu)I經(jīng)受到的水動力并且將由設(shè)施(例如風(fēng)力渦輪機(jī)2)產(chǎn)生的力通過波浪區(qū)域傳遞到海床。頂部構(gòu)件8作為結(jié)構(gòu)I的基本質(zhì)量。它加壓于格構(gòu)架6的支桿并且貢獻(xiàn)良好的頻率特性。子組件結(jié)合來減小通過水動力在結(jié)構(gòu)I上引發(fā)的載荷，同時(shí)保持具有良好頻率特性的剛性的大質(zhì)量結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)能夠容納大范圍的不同類型的風(fēng)力渦輪機(jī)2(以及其他設(shè)施)并且減少施加到海床上的力，從而避免海床處理的需要。結(jié)構(gòu)I通過避免對打樁以及海床處理的需要可以顯著地減小設(shè)施建造時(shí)間。
[0067]圖4-7示出由混凝土澆注成并且具有三個(gè)配合接口 10的底座4，所述配合接口 10用于安裝格構(gòu)架6到底座4上。每個(gè)配合界面10位于底座4的頂點(diǎn)并且具有錐狀側(cè)面12，所述錐狀側(cè)面12通過減低被需要來定位格構(gòu)架6的位置公差來簡化安裝過程。底座4包含孔14，所述孔從底座4的上表面16延伸直到底座4的下表面18。底座4包含6個(gè)錐狀表面20，每個(gè)表面20由底座4的下表面18朝孔14向上延伸。
[0068]在這個(gè)實(shí)施例中，在底座4上的配合界面10被示出為凹的連接部件，但是凸的連接部件(或凸的和凹的連接部件的混合)也可以被提供。圖7示出附加的預(yù)澆注的加重墊22，所述加重墊22可以被引入到凹的連接部件10中以允許在結(jié)構(gòu)I的水平中的任何偏差在海床上被矯正。在另一個(gè)底座4的配合界面10包含凸的連接部件的安排中，為了相似的目的，可以使用預(yù)澆注的加重管或基本上圓錐的套(未示出)。
[0069]圖8示出沖刷防護(hù)沉排24如何被附接到底座4的外緣。七個(gè)沉排24被示出在圖8中并且每個(gè)沉排24由一系列管狀混凝土段26形成，所述管狀混凝土段26通過聚丙烯線纜被連接并且保持在一起。單個(gè)沉排24’被示出在部署前被綁在卷曲或卷起的位置。剩余的沉排24全被示出在部署的位置。一旦底座4被安裝在它的優(yōu)選位置，沉排24被解開并且混凝土部分被允許在混凝土段它們自身的自然重量下展開到海床上。
[0070]圖9-14示出格構(gòu)架6的主要子組件，特別地，底部環(huán)28、頂部環(huán)30以及在底部環(huán)28和頂部環(huán)30之間基本上豎直地延伸的三對支桿32。支桿32由混凝土澆注成為中空的管狀構(gòu)件。
[0071]底部環(huán)28包含三個(gè)底部節(jié)點(diǎn)34和三個(gè)底部支桿36，如圖10中可見。每個(gè)底部節(jié)點(diǎn)34包含用于接收各自的底部支桿36的端的一對突出體60，以至于鄰近的底部節(jié)點(diǎn)34通過底部支桿36被連接在一起。每個(gè)底部節(jié)點(diǎn)34也包含用于接收各自的基本上豎直地延伸的支桿32的下端的一對突出體62。底部節(jié)點(diǎn)34和底部支桿36由混凝土澆注成，后者被形成為中空的管狀構(gòu)件。線纜可以通過豎直地延伸的支桿32的中空的內(nèi)部以及通過形成在底部節(jié)點(diǎn)34中的線纜槽被布線。圖3示出格構(gòu)架6如何被安裝到底座4上，其中底部環(huán)28的底部節(jié)點(diǎn)34位于配合界面10中。
[0072]頂部環(huán)30包含6個(gè)頂部節(jié)點(diǎn)38和6個(gè)頂部支桿40。每個(gè)頂部節(jié)點(diǎn)38包含用于接收各自的頂部支桿40的端的一對突出體64，以至于鄰近的頂部節(jié)點(diǎn)通過頂部支桿40被連接在一起。每個(gè)頂部節(jié)點(diǎn)38也包含用于接收基本上豎直地延伸的支桿32的上端的突出體66。頂部節(jié)點(diǎn)38以及頂部支桿40由混凝土澆注成，后者被形成為中空的管狀構(gòu)件。線纜可以通過形成在頂部節(jié)點(diǎn)38中的線纜槽被布線。每個(gè)頂部節(jié)點(diǎn)38包含開口 42來布線線纜到頂部構(gòu)件8中。
[0073]底部環(huán)28以及頂部環(huán)30的組件，和基本上豎直地的支桿32 —樣可以通過使用工業(yè)粘合劑、機(jī)械機(jī)構(gòu)，比如插捎或其他適當(dāng)?shù)难b置被固定在一起。構(gòu)成結(jié)構(gòu)I的子組件可以包括載荷或起吊點(diǎn)，以至于結(jié)構(gòu)I可以被方便地固定到起重機(jī)，絞車或其他這樣的用于部署結(jié)構(gòu)I的設(shè)備。
[0074]將被容易理解的是格構(gòu)架6的其他設(shè)計(jì)可以被利用。如結(jié)構(gòu)I的總體設(shè)計(jì)所要求的，格構(gòu)架6也可以根據(jù)需要具有任何適當(dāng)數(shù)量的基本上豎直地延伸的支桿32、節(jié)點(diǎn)34、38
坐寸ο
[0075]圖15-19示出由混凝土澆注成的頂部構(gòu)件8。頂部構(gòu)件8具有上表面44以及下表面46并且具有傾斜的外壁48，所述外壁48將上表面44連接到底表面46。中心的凹座50位于上表面44的中間來接收設(shè)施(比如風(fēng)力渦輪機(jī)2)的安裝部件。在下表面46上的配合界面52在格構(gòu)架6的頂部構(gòu)件8和頂部環(huán)30 (或更特定地，頂部節(jié)點(diǎn)40)之間提供連接。在頂部構(gòu)件8內(nèi)的空的區(qū)域或腔限定壓載箱54，所述壓載箱54也通過頂部構(gòu)件的內(nèi)壁56被部分地限定。位于配合界面52的開口 58在每個(gè)頂部節(jié)點(diǎn)38中與開口 42配準(zhǔn)以便利線纜布線到頂部構(gòu)件8中。
[0076]在使用中，根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)I可以在安裝前在位置上被組裝，或者子組件(即，底座4、格構(gòu)架6以及頂部構(gòu)件8)可以被分開地傳遞到位置并且結(jié)構(gòu)I被現(xiàn)場組裝。圖20示出在使用中被安裝到海床SB的本發(fā)明結(jié)構(gòu)I的側(cè)視圖，示出結(jié)構(gòu)I以及子組件如何相對于吃水線WL被放置。
【權(quán)利要求】
1.一種用于安裝海上設(shè)施(2)的結(jié)構(gòu)(I)，所述結(jié)構(gòu)(I)包括頂部構(gòu)件(8)、底座(4)以及將所述頂部構(gòu)件(8)連接到所述底座(4)的載荷傳遞格構(gòu)架(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)(I)，其中所述底座(4)由混凝土形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)(I)，其中所述底座(4)形成有空洞。
4.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)(I)，其中所述底座(4)進(jìn)一步包括用于將所述底座(4)連接到所述格構(gòu)架￠)的一個(gè)或更多個(gè)配合界面(10)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)(I)，其中每個(gè)配合界面(10)包含在所述底座(4)和所述格構(gòu)架(6)中的一個(gè)上的凸的或凹的連接部件以及在所述底座(4)和所述格構(gòu)架(6)中的另一個(gè)上的互補(bǔ)的凸的或凹的連接部件。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或權(quán)利要求5所述的結(jié)構(gòu)(I)，進(jìn)一步包括用于與所述一個(gè)或更多個(gè)配合界面(10) —起使用的一個(gè)或更多個(gè)墊(22)或套。
7.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)(I)，其中所述底座(4)包含至少一個(gè)孔(14)。
8.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)(I)，其中所述底座(4)包括由所述底座(4)的下表面(18)延伸到孔(14)的至少一個(gè)錐狀表面(20)。
9.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)(I)，其中所述格構(gòu)架(6)由混凝土形成。
10.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)(I)，其中所述格構(gòu)架(6)包含線纜布線裝置。
11.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)(I)，其中所述格構(gòu)架(6)具有雙曲面配置。
12.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)(I)，其中所述格構(gòu)架(6)包括一對或更多對基本上豎直地延伸的支桿(32)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的結(jié)構(gòu)(1)，其中所述支桿(32)采用雙曲面配置。
14.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)(I)，其中所述格構(gòu)架(6)包括鄰近所述底座(4)的底部環(huán)(28)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的結(jié)構(gòu)(I)，其中所述底部環(huán)(28)由混凝土形成。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或權(quán)利要求15所述的結(jié)構(gòu)(I)，其中所述底部環(huán)(28)包括多個(gè)底部節(jié)點(diǎn)(34)，每對鄰近的底部節(jié)點(diǎn)(34)通過底部支桿(36)互相連接。
17.根據(jù)權(quán)利要求14-16中任一項(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)(I)，其中所述格構(gòu)架(6)包括鄰近所述頂部構(gòu)件(8)的頂部環(huán)(30)。
18.根據(jù)權(quán)利要求19所述的結(jié)構(gòu)(I)，其中所述頂部環(huán)(30)由混凝土形成。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或權(quán)利要求18所述的結(jié)構(gòu)(I)，其中所述頂部環(huán)(30)包含多個(gè)頂部節(jié)點(diǎn)(38)，每對鄰近的頂部節(jié)點(diǎn)(38)通過底部支桿(40)互相連接。
20.根據(jù)權(quán)利要求17-19中任一項(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)(I)，其中所述格構(gòu)架(6)包括一對或更多對基本上豎直地延伸的支桿(32)，所述支桿(32)在所述底部環(huán)(28)和所述頂部環(huán)(30)之間延伸。
21.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)(I)，其中所述格構(gòu)架(6)進(jìn)一步包括用于將所述格構(gòu)架出)附接到起重設(shè)備的連接裝置。
22.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)(I)，其中所述頂部構(gòu)件(8)由混凝土形成。
23.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)(I)，其中所述頂部構(gòu)件(8)進(jìn)一步包括一個(gè)或更多個(gè)壓載箱(54)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的結(jié)構(gòu)(I)，其中所述壓載箱(54)與所述頂部構(gòu)件(8)—體地形成。
25.根據(jù)權(quán)利要求23或權(quán)利要求24所述的結(jié)構(gòu)(I)，其中所述壓載箱(54)至少部分地通過所述頂部構(gòu)件(8)的內(nèi)壁(56)限定。
26.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)(I)，其中所述頂部構(gòu)件(8)包括用于將所述頂部構(gòu)件(8)連接到所述格構(gòu)架￠)的一個(gè)或更多個(gè)配合界面(52)。
27.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)(I)，其中所述頂部構(gòu)件(8)包括至少一個(gè)凹座(50)。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的結(jié)構(gòu)(I)，其中所述頂部構(gòu)件(8)包括用于將所述頂部構(gòu)件(8)連接到所述格構(gòu)架￠)的一個(gè)或更多個(gè)配合界面(52)以及位于配合界面(52)的至少一個(gè)開口(58)。
29.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)(I)，其中所述底座(4)適合被放置在海床使用。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的結(jié)構(gòu)(I)，其中所述底座(4)進(jìn)一步包括一個(gè)或更多個(gè)沖刷防護(hù)沉排(24)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的結(jié)構(gòu)(I)，其中每個(gè)沉排(24)由混凝土形成。
32.根據(jù)權(quán)利要求1-28中任一項(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)，其中所述底座是能浮起的。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的結(jié)構(gòu)，其中所述底座包含用于在使用中將所述底座固定到海床的固定裝置。
34.一種基本上如本文所描述并且參考附圖的結(jié)構(gòu)(I)。
【文檔編號】E02B17/02GK104321488SQ201380027271
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月24日
【發(fā)明者】M·布萊斯蒂 申請人:Owlc控股有限公司