專利名稱：打入支承離岸風(fēng)渦輪的單柱樁的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及風(fēng)渦輪，特別涉及將風(fēng)渦輪上層結(jié)構(gòu)安裝到在離岸位置的樁基或地下結(jié)構(gòu)上的系統(tǒng)和方法。本技術(shù)的具體實(shí)施例提供用以打入適于在離岸位置上支承風(fēng)渦輪的帶凸緣的樁(或沉箱)的構(gòu)造、設(shè)計(jì)和方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)渦輪一般被認(rèn)為對(duì)環(huán)境安全和理想的可再生的能源。概括地說，風(fēng)渦輪利用風(fēng)的動(dòng)能并將這個(gè)動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。這樣可在實(shí)際上零排放的情況下產(chǎn)生電力，這點(diǎn)不同于現(xiàn)有的用天然氣或煤燃燒的發(fā)電技術(shù)。為了發(fā)電效能最大化和簡化與電網(wǎng)的連接，通常將好多個(gè)風(fēng)渦輪設(shè)置在互相靠近的地方，這個(gè)地方在業(yè)內(nèi)一般被稱為“風(fēng)力農(nóng)場”。最好，風(fēng)力農(nóng)場被設(shè)置在具有較強(qiáng)風(fēng)力的區(qū)域內(nèi)，例如在離岸的位置上。
建立在競爭力的離岸風(fēng)力農(nóng)場的重要判斷條件包括為風(fēng)渦輪研發(fā)費(fèi)用低廉的基礎(chǔ)。通常的做法，在離岸位置上風(fēng)渦輪的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)具有一個(gè)單柱樁。傳統(tǒng)的單柱樁一般具有一個(gè)長圓筒的沉箱，該沉箱的數(shù)個(gè)部分在岸上被裝配，然后在該渦輪離岸的位置上被打入到所需的穿透深度。使用該單柱樁作為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是有利的，一個(gè)理由是因?yàn)椋粋€(gè)起重設(shè)備既可用來打入大的單柱樁，又可用來安裝風(fēng)渦輪，這樣裝配線的操作型式可簡化到只包括較少的標(biāo)準(zhǔn)化的操作。通常這些重型起重設(shè)備是由生產(chǎn)商租賃來的，減少這些重型起重設(shè)備的使用時(shí)間可為生產(chǎn)商減少總體費(fèi)用。
在某些離岸裝置中，單柱樁設(shè)有連結(jié)在其頂上面其有帶凸緣結(jié)構(gòu)的過渡件。該過渡件設(shè)有一個(gè)配合面，風(fēng)渦輪塔可用螺栓固緊在其上。該過渡件還可補(bǔ)救打入單柱樁的過分傾側(cè)(上層結(jié)構(gòu)的傾側(cè)一般以小于0.5度為宜)。要使風(fēng)渦輪的離岸安裝費(fèi)用低廉，最好在將單柱樁打入后立即將風(fēng)渦輪塔裝在該單柱樁上。遺憾的是，過去將該過渡件安裝到該單柱樁上的方法包括用水泥漿填塞，用型鐵冷擠壓，或就地焊接，由于硬化或安裝等原因，一般需要相當(dāng)多的時(shí)間。那就是說，所有這些傳統(tǒng)過程都比較費(fèi)錢而且費(fèi)時(shí)，導(dǎo)致租來的重型起重設(shè)備有相當(dāng)多的時(shí)間空閑著。另外，用水泥漿填塞包括在過渡件和沉箱之間有大表面的重疊(有時(shí)重疊部高達(dá)12-15米)，由于過渡件的大小增加，導(dǎo)致鋼材的消耗增大。
上述問題的一種可能的解決方法是將頂部焊有帶凸緣結(jié)構(gòu)的單柱樁打入。但在用液壓錘打入單柱樁時(shí)，巨大的加速在單柱樁內(nèi)造成的應(yīng)力可能會(huì)使凸緣表面產(chǎn)生大的變形。這個(gè)變形可能大到超過凸緣表面所能接受的公差。隨著加速的反復(fù)進(jìn)行，疲勞損壞也會(huì)積聚起來，這會(huì)有害地影響基礎(chǔ)系統(tǒng)的壽命。
因此，在離岸位置安裝風(fēng)渦輪的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)需要有一個(gè)費(fèi)用低廉的方法。
本發(fā)明概述本技術(shù)為在離岸位置安裝風(fēng)渦輪提供一個(gè)新穎而費(fèi)用低廉的系統(tǒng)和方法。簡要地說，按照一個(gè)觀點(diǎn)所提供的安裝風(fēng)渦輪的方法包括將一圓筒形的單柱樁或地下結(jié)構(gòu)打入到土壤內(nèi)。該單柱樁包括一個(gè)被結(jié)構(gòu)用來支承風(fēng)渦輪塔或上層結(jié)構(gòu)的凸緣部。該凸緣部從該單柱樁的周面沿徑向延伸。本方法還包括將風(fēng)渦輪塔直接安裝在單柱樁上，其中該風(fēng)渦輪由該單柱樁的凸緣部支承。
為了實(shí)現(xiàn)這種安裝，這里提供多種示范的單柱樁和單柱樁系統(tǒng)。例如按照一個(gè)實(shí)施例，單柱樁在其兩端中間的一個(gè)點(diǎn)上設(shè)有從內(nèi)及/或外周面沿徑向延伸的凸緣部。
按照另一個(gè)實(shí)施例，對(duì)位在單柱樁一端的凸緣使用保護(hù)墊片。另外，按照還有另一個(gè)實(shí)施例，所提供的單柱樁具有打入和塔的安裝專用的凸緣。當(dāng)然，上述只是些例子，其中有一些將在下面進(jìn)一步詳述。確實(shí)，上述這些實(shí)施例并不是止此而已。
附圖簡述本發(fā)明的上述這些和其他一些特點(diǎn)、觀點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)在結(jié)合附圖閱讀下面的詳細(xì)的說明后將會(huì)更好地被了解。在這些圖中，相同的字符代表相同的部分，其中

圖1為按照本技術(shù)的觀點(diǎn)的離岸風(fēng)渦輪系統(tǒng)的圖示；圖2為一剖視圖示出按照本技術(shù)一個(gè)實(shí)施例的帶凸緣的單柱樁和砧臺(tái)；
圖3為一剖視圖示出按照本技術(shù)觀點(diǎn)的柱樁中間向外的凸緣結(jié)構(gòu)的半部；圖4為一剖視圖示出按照本技術(shù)觀點(diǎn)的柱樁中間向內(nèi)的凸緣結(jié)構(gòu)的半部；圖5為一剖視圖示出按照本技術(shù)觀點(diǎn)的兩件的柱樁中間的凸緣結(jié)構(gòu)的半部；圖6為一剖視圖示出按照本技術(shù)觀點(diǎn)的平衡的柱樁中間的凸緣結(jié)構(gòu)的半部；圖7為一剖視圖示出按照本技術(shù)觀點(diǎn)的柱樁頂部使用第二凸緣的凸緣結(jié)構(gòu)的半部；圖8為一剖視圖示出按照本技術(shù)觀點(diǎn)的柱樁頂部使用保護(hù)墊片的凸緣結(jié)構(gòu)的半部；圖9為凸緣動(dòng)態(tài)應(yīng)力集中因數(shù)(SCF)附著花鏈漸開線形曲面的高度和寬度而變化的范例；圖10為一示范表，該表示出在打入一個(gè)典型的離岸風(fēng)渦輪的基礎(chǔ)單柱樁時(shí)要使錘擊在該單柱樁內(nèi)造成給定的應(yīng)力水平時(shí)所需的錘擊次數(shù)。
圖11為一剖視圖示出按照本技術(shù)觀點(diǎn)的具有用螺栓固緊在凸緣部上的可處置墊片的帶凸緣的單柱樁的半部；圖12為一剖視圖示出按照本技術(shù)觀點(diǎn)的具有適宜增強(qiáng)凸緣部的角撐板的、帶凸緣的單柱樁的半部；圖13和14均為一剖視圖示出按照本技術(shù)觀點(diǎn)的具有一個(gè)角撐板系統(tǒng)和一個(gè)錘擊界面環(huán)以便打擊在該角撐板系統(tǒng)上的帶凸緣的單柱樁的半部；圖15為一剖視圖示出按照本技術(shù)觀點(diǎn)的具有一個(gè)環(huán)狀的角撐板和一個(gè)錘擊界面環(huán)以便打擊在該角撐板上的帶凸緣的單柱樁的半部；圖16為一剖視圖示出按照本技術(shù)觀點(diǎn)的具有內(nèi)、外角撐板以便打擊在該單柱樁的內(nèi)側(cè)和外側(cè)的帶凸緣的單柱樁的半部；圖17為一剖視圖示出按照本技術(shù)觀點(diǎn)的具有局部加厚壁以便打擊在該單柱樁的內(nèi)側(cè)和外側(cè)的帶凸緣的單柱樁的半部；圖18為一剖視圖示出按照本技術(shù)觀點(diǎn)的具有改進(jìn)支承表面的帶凸緣的單柱樁；及圖19為一流程圖示出按照本技術(shù)觀點(diǎn)的安裝離岸風(fēng)渦輪的一個(gè)示范的方法。
優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)說明如同下面要詳述的那樣，本技術(shù)的實(shí)施例能使一個(gè)上層結(jié)構(gòu)如風(fēng)渦輪塔在離岸場地安裝好單柱樁以后立即直接安裝到該單柱樁上。按照本技術(shù)的觀點(diǎn)，風(fēng)渦輪的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包括一個(gè)預(yù)先制有凸緣的單柱樁。本技術(shù)的具體實(shí)施例的功能為使一帶凸緣的單柱樁容易打入到土壤內(nèi)，其時(shí)該單柱樁的凸緣部不受打擊載荷的沖擊影響并被結(jié)構(gòu)用來支承上層結(jié)構(gòu)如風(fēng)渦輪塔。下面結(jié)合圖1-12將詳述本技術(shù)的示范實(shí)施例。應(yīng)該注意到下面的描述只是說明示范的實(shí)施例，所附權(quán)利要求并不限于這里說明的這些實(shí)施例。
參閱附圖，圖1示出一個(gè)按照本技術(shù)一個(gè)實(shí)施例的、離岸風(fēng)渦輪系統(tǒng)10。該風(fēng)渦輪系統(tǒng)10包括一個(gè)具有轉(zhuǎn)子14的風(fēng)渦輪發(fā)電機(jī)12，該轉(zhuǎn)子14上有多個(gè)葉片16。風(fēng)渦輪發(fā)電機(jī)12的各種電氣和機(jī)械構(gòu)件都被容納在一個(gè)艙18內(nèi)。該轉(zhuǎn)子14和該艙18都被裝在風(fēng)渦輪塔20的頂上而將葉片16暴露在風(fēng)中。該葉片16使風(fēng)的動(dòng)能容易轉(zhuǎn)變成軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)從而驅(qū)動(dòng)一個(gè)發(fā)電機(jī)(未示出)來產(chǎn)生電力。除了還有別的以外，這些構(gòu)件代表該風(fēng)渦輪的上層結(jié)構(gòu)。
該塔20、該艙18和該轉(zhuǎn)子14(即該上層結(jié)構(gòu))被裝在基礎(chǔ)或地下結(jié)構(gòu)22上。在所示的實(shí)施例中，該基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)或地下結(jié)構(gòu)22包括單柱樁或沉箱24，該塔或該上層結(jié)構(gòu)被裝在其上。該單柱樁24一般為一圓筒從該塔20的基底或底板26延伸到水平線28下的一個(gè)深度d1。在所示實(shí)施例中，該單柱樁被打入到海床土壤內(nèi)土表面30之下的一個(gè)深度d2，該土表面30也被稱為泥平線。這種結(jié)構(gòu)被典型地用在傳統(tǒng)的(未增強(qiáng)的、未拉索的)單柱樁上，但下面實(shí)施例中所說預(yù)先制有凸緣的柱樁還可用在其他結(jié)構(gòu)如三腳架狀的基底組合件上。
按照下面示出的本技術(shù)的各種實(shí)施例，單柱樁24都設(shè)有凸緣部以便將上層結(jié)構(gòu)直接裝到單柱樁24上或裝到地下結(jié)構(gòu)上，這樣來避免需要用水泥漿填塞過渡件(一般由鋼制成)，這種填塞是過去通常做的。有利點(diǎn)例如，本技術(shù)可顯著減少所租重型起重設(shè)備的窩工時(shí)間，并且在材料(鋼材)費(fèi)用上也是所費(fèi)不多的。
圖2為一剖視圖示出按照本技術(shù)觀點(diǎn)的一個(gè)具有凸緣部36的示范的單柱樁或沉箱24。如上所述，該示范單柱樁24為一圓筒形樁，一般由鋼制成。在所示實(shí)施例中，該凸緣部36從單柱樁24的外表面38沿徑向向外延伸。如所示出，該凸緣部36位在軸向上該單柱樁端頭的內(nèi)側(cè)，下面還將論述。在后面被說明的另一個(gè)實(shí)施例中，該凸緣部可包括一個(gè)從該單板樁24的周邊內(nèi)表面40沿徑向向內(nèi)延伸的環(huán)狀表面。在將單柱樁24打入到土壤內(nèi)的過程中，有一砧臺(tái)42位在該單柱樁頂端44之上。在該示范實(shí)施例中，該砧臺(tái)42是由MENCK公司制造，具有一個(gè)空心的圓錐形內(nèi)截面。這種砧臺(tái)是本行業(yè)的行家所欣賞的，有關(guān)該砧臺(tái)的信息可向德國Kaltenkirchen的MENCK公司索取。該單柱樁通過一個(gè)錘，通常為液壓錘，被打入到土壤內(nèi)。該示范砧臺(tái)42的底部有一比錘46的直徑大的直徑，其作用為將錘打擊的沖擊力均勻地分布到該單柱樁24上。在本說明中，“打擊”被定義為截荷從錘46到砧臺(tái)42的轉(zhuǎn)移。在一“打擊”中，該錘46可被一個(gè)動(dòng)力單元(未示出)供應(yīng)給該錘46的壓力液的壓力提升。當(dāng)該液壓被拿掉時(shí)，該錘46下降，在該砧臺(tái)42上產(chǎn)生一個(gè)向下的沖擊。在某些實(shí)施例中，還用液壓(這時(shí)作用在相反的方向上)將增添的力添加到向下的沖擊上以增加該錘46的加速，按照本技術(shù)的觀點(diǎn)，該凸緣部36被這樣結(jié)構(gòu)使在將該單柱樁24打入到土壤內(nèi)時(shí)凸緣的損壞為最小。例如按照本技術(shù)的一個(gè)觀點(diǎn)，該凸緣部36被定位在離開該單柱樁頂端44的距離為t之處，這樣該凸緣部36可最小地受到施加在該單柱樁上打擊載荷的沖擊影向。另外，凸緣損壞可被減少，辦法是適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)凸緣，減少動(dòng)態(tài)的應(yīng)力集中，使錘擊系統(tǒng)能在該單柱樁內(nèi)造成正常的應(yīng)力水平，而不會(huì)在凸緣內(nèi)造成不能接受的高應(yīng)力水平。例如在該凸緣和該柱樁其余部分之間的連接表面可被制成弧形以便更好地分散由陡峭的角落造成的應(yīng)力集中。有利的做法是使錘的沖擊由該單柱樁的未被利用的部分50承擔(dān)，這樣該凸緣部上表面的表面光潔度就被保持，以便將該風(fēng)渦輪的上層結(jié)構(gòu)裝在該單柱樁24上，也就是裝在地下結(jié)構(gòu)上。本技術(shù)的各種實(shí)施例的凸緣部相對(duì)于砧臺(tái)具有不同的結(jié)構(gòu)和定位，都是要使錘的能量被傳遞到單柱樁上時(shí)不損壞凸緣。下面將論述幾個(gè)示范的實(shí)施例。
按照本技術(shù)的技術(shù)，根據(jù)該凸緣的結(jié)構(gòu)，帶凸緣的單柱樁可包括沿徑向向內(nèi)的凸緣結(jié)構(gòu)、沿徑向向外的凸緣結(jié)構(gòu)，或平衡的凸緣結(jié)構(gòu)(即具有沿徑向向內(nèi)和向外兩種凸緣部)。另外，根據(jù)凸緣部在單柱樁長度上的定位，帶凸緣的單柱樁可具有柱樁中間的凸緣結(jié)構(gòu)或頂部的凸緣結(jié)構(gòu)。
圖3示出的單柱樁52具有一個(gè)從其外表面56沿徑向離開中心線55向外延伸的凸緣部54。圖中所示是該單柱樁52在中心線55一側(cè)的半部。如圖所示，該凸緣部54位在離開該單柱樁52頂端58的地方，在該頂部58設(shè)有砧臺(tái)60用來將錘擊能量傳遞給該單柱樁52。這種結(jié)構(gòu)也被稱為樁中間的凸緣結(jié)構(gòu)。在該頂端58和該凸緣部54位置之間的距離t被適當(dāng)?shù)剡x定使錘擊能量在被傳遞給該單柱樁時(shí)不會(huì)明顯地?fù)p壞該凸緣部54。這樣該凸緣部54上表面62的表面質(zhì)量便可保持，從而上層結(jié)構(gòu)如風(fēng)渦輪塔能被安裝在該凸緣部54上，并且這是在將該單柱樁52或該地下結(jié)構(gòu)被打入到土壤內(nèi)到達(dá)所需深度之后。這種向外的凸緣結(jié)構(gòu)的有利點(diǎn)是在安裝和維護(hù)時(shí)便于將上層結(jié)構(gòu)相對(duì)于地下結(jié)構(gòu)簡單地安裝或拆卸。
圖4示出的單柱樁半部64具有一個(gè)從其內(nèi)表面68沿徑向向內(nèi)向中心線67延伸的凸緣部66。如同上一實(shí)施例，該單柱樁64具有一個(gè)樁中間的凸緣結(jié)構(gòu)，其中該凸緣部66位在離開該單柱樁64頂端70的距離為t的地方，這樣來減少錘擊能量被砧臺(tái)72傳遞時(shí)對(duì)該凸緣部66的損害。一旦被打入，該單柱樁64或地下結(jié)構(gòu)立即可以在該凸緣部66的沿徑向向內(nèi)延伸的環(huán)狀表面74上支承上層結(jié)構(gòu)。該凸緣部66沿徑向向內(nèi)的結(jié)構(gòu)有效地減少凸緣的腐蝕，因此上表面74的表面質(zhì)量得以保持。
除了單件的樁中間凸緣以外，樁中間凸緣可被制成兩件。圖5示出由兩個(gè)分開的帶凸緣的樁78和80構(gòu)成的單柱樁76的半部。該底部78包括一個(gè)在其頂端的凸緣表面82，而該頂部80有一凸緣表面84在其底端與凸緣表面82相接構(gòu)成一個(gè)單獨(dú)的凸緣。在該樁的被打入過程中，有一砧臺(tái)86被放置在該頂部80之上，而該底部78由于該頂部80所傳給的錘擊能量被打入到土壤內(nèi)。在該打擊過程完成后，該頂部80包括該凸緣表面84被撤走，而上層結(jié)構(gòu)隨后被裝到在錘擊時(shí)受到保護(hù)的凸緣表面82和地下結(jié)構(gòu)上。另外，為了減少載荷的應(yīng)力，單柱樁和地下結(jié)構(gòu)可包括增強(qiáng)的角撐板，而該凸緣可具有結(jié)構(gòu)的特性來減少應(yīng)力。
在某些用途中，由于凸緣或是朝向或是離開樁的中心延伸造成的在慣性上的缺乏平衡，動(dòng)態(tài)的彎曲應(yīng)力因而可被增加。在這種情況下將凸緣設(shè)計(jì)或以平衡的方式同時(shí)向樁的內(nèi)側(cè)和外側(cè)延伸可能是有效的。圖6示出一個(gè)具有平衡的樁中間凸緣結(jié)構(gòu)的單柱樁88的半部。該樁包括從其內(nèi)周面92沿徑向向內(nèi)延伸的第一凸緣部90和從其外周面96沿徑向向外延伸的第二凸緣部94。上述結(jié)構(gòu)有效地使由砧臺(tái)98傳給該單柱樁88的慣性載荷容易平衡。這個(gè)平衡的結(jié)構(gòu)也可包括由兩個(gè)分開的件來構(gòu)成凸緣，其中上部被用作犧牲部。
按照本技術(shù)的觀點(diǎn)，對(duì)于樁中間的凸緣結(jié)構(gòu)，凸緣和其周圍部都被合適地成形借以減少應(yīng)力集中并使該樁的打入脈動(dòng)以最小的應(yīng)力集中來通過該凸緣區(qū)域。
在某些實(shí)施例中，該凸緣部可被設(shè)置在該單柱樁的頂上(柱樁頂上的凸緣結(jié)構(gòu))。圖7示出一個(gè)具有頂凸緣部102(主凸緣)的單柱樁100，該主凸緣102從該單柱樁100的外周表面104沿徑向向外延伸，用來支承上層結(jié)構(gòu)。該單柱樁100還包括一個(gè)沿徑向向內(nèi)延伸的第二凸緣部106，該第二凸緣部106位在該主凸緣102之下，使在打入柱樁時(shí)，由砧臺(tái)108傳遞的錘能的沖擊由該第二凸緣106承受，只有很小的沖擊施加在主凸緣108上。該第二凸緣被合適地設(shè)計(jì)用來承受打擊載荷，而該主凸緣102被合適地設(shè)計(jì)用來承受整個(gè)風(fēng)渦輪系統(tǒng)特別是上層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)載荷。
圖8示出按照本技術(shù)觀點(diǎn)的柱樁頂凸緣結(jié)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)施例。如同在該半部的圖中所示，單柱樁110在或靠近其頂端114的地方包括一個(gè)沿徑向向內(nèi)延伸的凸緣表面112。該凸緣表面112適宜支承上層結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，由于在該凸緣表面112和砧臺(tái)120的底表面118之間使用保護(hù)的和可處置的金屬墊片116，可避免對(duì)凸緣表面112的損害。要使該墊片116的性能與砧臺(tái)120配合，在應(yīng)力渡的傳播方面成為阻抗來減少打擊能量的損失。此外，該金屬墊片116的屈伏應(yīng)力被選定為比該砧臺(tái)120或該凸緣112的材料的屈伏應(yīng)力小。這一點(diǎn)導(dǎo)致塑性變表會(huì)在墊片116內(nèi)而不是在凸緣112或砧臺(tái)120內(nèi)發(fā)生。這個(gè)保護(hù)墊片的示范材料當(dāng)為銅，因?yàn)樗蠕撥浀谢鞠喾碌膭?dòng)力阻抗。但其他材料如鋁、低強(qiáng)度的普通碳鋼或其組合也可用來制造墊片116。
在凸緣112和單柱樁110的交接處122的應(yīng)力集中在該處采用花鍵漸開線形的曲率(由RS表示)或其他優(yōu)化的幾何形狀后可被減少。圖9用圖示出在該交接處122，凸緣的動(dòng)態(tài)應(yīng)力集中因數(shù)(DSCF)隨著花鏈漸開線形曲面的高度和寬度而變的范例。凸緣的應(yīng)力集中因數(shù)是將凸緣應(yīng)力峰值除以由打擊載荷在初始脈動(dòng)中產(chǎn)生的單柱樁應(yīng)力峰值。圖10為一示范表，該表示出在打入一個(gè)典型的離岸風(fēng)渦輪的基礎(chǔ)單柱樁時(shí)要使錘擊在該單柱樁內(nèi)造成給定的應(yīng)力水平所需的錘擊次數(shù)。給出凸緣的DSCF，在該凸緣內(nèi)的應(yīng)力峰值就可由DSCF乘上柱樁應(yīng)力峰值得出。利用這個(gè)凸緣應(yīng)力和這樣估計(jì)的周期(打擊次數(shù))，就能估計(jì)出在打入柱樁112時(shí)凸緣疲勞使用率。按照本技術(shù)的觀點(diǎn)，這個(gè)可處置的墊片可牢固地被固定在凸緣部上，例如在打入該單柱樁之前用螺栓把它固定在凸緣部上。圖11示出一個(gè)具有可處置墊片126的單柱樁124的半部，該墊片126用螺栓固緊在預(yù)先焊好的凸緣部128上。在打入該單柱樁時(shí)，所示結(jié)構(gòu)就這樣保護(hù)該凸緣部128的頂表面，同時(shí)限制該墊片126的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并防止該可處置墊片126由于錘擊而作位移振動(dòng)。另外，氣密的平臺(tái)130可被安裝在一預(yù)先焊好的連續(xù)的環(huán)132上以資防止空氣交換而限制在該柱樁內(nèi)的腐蝕。
在某些實(shí)施例中，可使用如圖12所示的焊接的角撐板來增強(qiáng)凸緣部的剛度。在這實(shí)施例中，沿著單柱樁138的內(nèi)表面136并與單柱樁的凸緣部140鄰接設(shè)有一個(gè)或多個(gè)角撐板。在打入單柱樁138時(shí)，有一砧臺(tái)144位在凸緣部140之上，將沖擊載荷從錘143通過墊枕142傳遞到該單柱樁138上，該墊片142可被用來調(diào)節(jié)沖擊力并保護(hù)該凸緣。該角撐板適宜將所需的剛度提供給凸緣部140使它承受砧臺(tái)144的沖擊載荷而很少變形。
在另外一些實(shí)施例中，錘的沖擊載荷可由角撐板而不是由凸緣部來承受。圖13-17示出完成同一件事的示范結(jié)構(gòu)。在圖13中，一個(gè)或多個(gè)角撐板146被設(shè)在一個(gè)單柱樁148內(nèi)。在該角撐板146上設(shè)有一個(gè)環(huán)狀的錘擊界面環(huán)150，由它將錘擊載荷從砧臺(tái)152傳遞到角撐板146上。在圖14中，不是用環(huán)狀的錘擊界面環(huán)，而是用一個(gè)實(shí)心的錘擊界面靴154來將錘擊載荷傳遞給角撐板146。在圖15中，角撐板156被結(jié)構(gòu)成環(huán)，由環(huán)狀斜楔形環(huán)158支承。在圖16中，如角撐板160和162那樣的增強(qiáng)件分別被設(shè)在單柱樁164的內(nèi)側(cè)和外側(cè)。而砧臺(tái)168通過墊枕166與內(nèi)、外角撐板160和162都接觸，這樣從錘167來的沖擊就由內(nèi)、外角撐板160和162共同承受。在圖17中，單柱樁170的壁厚在凸緣部174以下的部分172局部被增加以便支承一個(gè)可移走的凸緣件或適配器176。這個(gè)結(jié)構(gòu)便于使錘擊載荷施加在凸緣部的內(nèi)、外兩側(cè)。在施加錘擊載荷時(shí)，適配器176與砧臺(tái)180下面的墊枕178接觸，該墊枕178將來自錘167的載荷通過錘擊界面環(huán)184傳遞給角撐板182，還通過局部增厚壁172傳遞給單柱樁170。
上述技術(shù)這樣提供一個(gè)預(yù)先制有凸緣的單柱樁便于使單柱樁與上層結(jié)構(gòu)如風(fēng)渦輪塔立即進(jìn)行機(jī)械連接。一旦上層結(jié)構(gòu)被安裝在帶凸緣的單柱樁和地下結(jié)構(gòu)上，上層結(jié)構(gòu)的垂直傾側(cè)度可能需要被校正。本行業(yè)的行家當(dāng)會(huì)知道，傾側(cè)誤差的校正可用固定在凸緣上帶斜度的墊圈來完成。在某些實(shí)施例中，表面適當(dāng)偏離平行的擺動(dòng)部可被有效地用來校正上層結(jié)構(gòu)的大于0.5度的傾側(cè)。
本技術(shù)的觀點(diǎn)還可被用來改進(jìn)單柱樁的支承表面。圖18為一剖視圖，該圖示出一個(gè)具有按照本技術(shù)一個(gè)實(shí)施例的改進(jìn)支承表面的、帶凸緣的單柱樁。在該示出的實(shí)施例中，有一沿徑向向內(nèi)延伸的凸緣188設(shè)在單柱樁186的內(nèi)表面190上位在泥平線192之下。該凸緣188的表面194提供必需的承受表面借以承受由風(fēng)渦輪塔、機(jī)艙、轉(zhuǎn)子和其他軸向載荷的固定重量作用在該單柱樁186上的垂直載荷。上述技術(shù)對(duì)土壤具有較大流動(dòng)性的場地或用拉索固定的單柱樁基礎(chǔ)特別有用。
圖19為一流程圖示出按照本技術(shù)觀點(diǎn)的安裝離岸風(fēng)渦輪的方法范例196。該方法196在開始時(shí)先將一砧臺(tái)定位在預(yù)制凸緣的單柱樁上所設(shè)的凸緣表面之上(方塊198)。如上所述，該預(yù)制凸緣的單柱樁可具有柱樁頂?shù)幕蛑鶚吨虚g的凸緣結(jié)構(gòu)，并可包括向內(nèi)、向外或平衡的凸緣。在某些使用柱樁頂?shù)耐咕壗Y(jié)構(gòu)的實(shí)施例中，可將一個(gè)保護(hù)元件的可處理層設(shè)在砧臺(tái)和凸緣表面之間(方塊200)，在方塊202，預(yù)制凸緣的單柱樁被打入到土壤內(nèi)。在這將單柱樁打入到土壤內(nèi)的過程中，該砧臺(tái)將來自液壓錘的能量傳遞給單柱樁。在使用可處置墊片的柱樁頂?shù)耐咕壗Y(jié)構(gòu)中，一旦打入過程完畢，該可處置墊片就被除去(方塊204)。然后包括風(fēng)渦輪塔、機(jī)艙和轉(zhuǎn)子的上層結(jié)構(gòu)被直接裝到帶凸緣的單柱樁上(方塊208)。在安裝的同時(shí)在方塊206，可對(duì)上層結(jié)構(gòu)的安裝作出軸向的調(diào)節(jié)來校正傾側(cè)。在這方塊206，還可包括使用帶斜度的墊圈或可使用擺動(dòng)部來校正大于0.5度的傾側(cè)誤差。
上面雖然只是描述了本發(fā)明的某些特點(diǎn)，但本行業(yè)的行家是可以作出許多修改和變化的。
因此應(yīng)該知道所附權(quán)利要求書是要覆蓋所有這些修改和變化的，只要它們是在本發(fā)明的實(shí)際精神之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種安裝被構(gòu)形來支承風(fēng)渦輪塔(20)的風(fēng)渦輪系統(tǒng)(10)的方法，包括如下步驟將一圓筒環(huán)形單柱樁(24)打入到海床內(nèi)，該單柱樁(24)具有一個(gè)從環(huán)繞其縱軸線(55)的周面上徑向延伸出來的第一凸緣部(36)，其中該凸緣部(36)被構(gòu)形來支承一風(fēng)渦輪塔(20)；及將該風(fēng)渦輪塔(20)直接安裝在該單柱樁(24)上，其中該風(fēng)渦輪至少部分地由該單柱樁(24)的凸緣部(36)支承。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，還包括沿軸向?qū)?zhǔn)該風(fēng)渦輪塔(20)，以校正傾側(cè)誤差。
3.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該第一凸緣部(36)具有單柱樁(24)的一個(gè)頂表面，而打入該單柱樁(24)的步驟還包括將一個(gè)一次性使用元件(114)安置在一砧臺(tái)(42)和該第一凸緣部(36)之間；驅(qū)動(dòng)一液壓錘(46)，在該砧臺(tái)(42)上產(chǎn)生一個(gè)打擊；從該第一凸緣部(36)上移走該可處置元件(114)。
4.權(quán)利要求3的方法，其特征在于，還包括將該可處置元件牢固地固定在該第一凸緣部(36)上以使該可處置元件(114)相對(duì)于該凸緣部(36)的相對(duì)移動(dòng)減至最小。
5.一種安裝離岸風(fēng)渦輪系統(tǒng)(10)的方法，包括將一可處置元件(114)安置在一砧臺(tái)(42)和一環(huán)形且大致圓筒形的單柱樁(24)的凸緣表面之間；用一錘(46)將該單柱樁(24)打入土壤內(nèi)；從凸緣部(36)移走該保護(hù)元件(114)；及將風(fēng)渦輪塔(20)直接安裝在該單柱樁(24)上，其中該風(fēng)渦輪由該單柱樁(24)的凸緣部(36)支承。
6.權(quán)利要求5的方法，其特征在于，還包括沿軸向?qū)?zhǔn)該風(fēng)渦輪塔(20)以校正傾側(cè)誤差。
7.權(quán)利要求5的方法，其特征在于，還包括用螺栓將該可處置元件(114)固定在該凸緣部(36)上。
8.權(quán)利要求5的方法，其特征在于，該可處置元件(114)由第一材料制成，而該砧臺(tái)(42)由第二材料制成，其中該第一材料具有與該第二材料配合的阻抗。
9.權(quán)利要求5的方法，其特征在于，該可處置元件(114)具有比該凸緣部(36)和砧臺(tái)(42)低的屈伏應(yīng)力。
10.權(quán)利要求5的方法，其特征在于，該可處置元件(114)由銅、鋁、低強(qiáng)度普通碳鋼、或其組合制成。
全文摘要
一種安裝離岸風(fēng)渦輪系統(tǒng)(10)的方法包括將一圓筒形單柱樁(24)打入到土壤內(nèi)。該單柱樁(24)包括一個(gè)結(jié)構(gòu)用來支承風(fēng)渦輪塔(20)的凸緣部(36)。該凸緣部(36)從該單柱樁(24)的周表面沿徑向延伸。該方法還包括將風(fēng)渦輪系統(tǒng)(20)直接安裝在該單柱樁(24)上，其中該風(fēng)渦輪由該單柱樁(24)的凸緣部(36)支承。
文檔編號(hào)F03D11/04GK1940186SQ20061014203
公開日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2006年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日
發(fā)明者V·S·科思努, D·D·安德森, 鄭大年, M·A·阿利, K·B·勒蘭德 申請(qǐng)人:通用電氣公司