浮动金属平台的制作方法

本发明涉及一种浮动金属平台，特别是一种浮动风力涡轮机金属平台。

背景技术：

1、当研究在各种海洋工程中采用的浮动海上平台的设计时，在重量方面的结构效率和在运动特性方面的形状作为大多数成功单元的设计驱动器而明显突出。这种设计实践已经转移到多单元应用，例如浮动海上风电场，同时该实践出现在不同经济气候中的单个或几个单元工程。现在经济裕度低得多，并且单元的数量已经增加了很多。应重新考虑设计的第一原理，并且已经发现，用于浮动海上平台的现有技术结构设计驱动器不应该是当今供应市场中的例如海上风力平台的支配性能指标。相反，该设计应遵守诸如供应链可用性，制造和安装后勤以及工程简单性的要求。因此，对于重量和运动特性的代价，简单性应优先于设计的复杂性。具有非线性激励和响应的复杂结构具有相关的结构能力的不确定性，从投资者的观点来看，这种不确定性转化为不能量化的风险，这种风险必须抵消相当大的基于经验的意外事件。通过利用运动特性的现有技术知识，设计者应简化结构以尽可能多地线性化运动特性。这将把结构容量估计的精度增加到基于可靠性的性能估计变得实际可用的水平。这种估计将显著地改进投资者的风险理解，并且使得投资决策能够从意外事件的定性估计转变为定量估计。

2、已经发现，强调现有技术的包括设计中的现代逻辑原理的大规模生产技术将缩短供应链的成熟周期，有利于自动化，从而显著降低制造成本。这限制了设计者在几何形状和复杂性方面的选择，而这必须仔细权衡自动友好性以及组装和储存中的物流。

3、现有技术的半潜式风力涡轮机平台依赖于位于结构周边处的混凝土或加强外壳浮体，该浮体通过混凝土元件或桁架结构结合到中心。这种由管状构件和加强外壳制成的钢筋混凝土桁架工作是劳动密集型的，并且难以通过自动批量生产来制造。

4、本发明的设计理念重新定义了用于海上风力的浮动支撑结构的设计驱动器。现有技术依赖于在海上油气工业的开创时代期间构思的一般方法。虽然这些方法是复杂的并且允许关于重量和运动的高度结构优化，但是其没有解决浮动海上风力中的基本挑战。与油田开发项目涉及一个到几个具有过大利润率的单元的石油和天然气不同，用于支撑结构的可再生能源市场是低利润率的，但是每个工程的单元数是高的。这种实现要求设计驱动器的重新形成，其中现在的焦点应从重量和运动的优化转移到利用高数量以实现成本降低。历史上成功实现这一点的设计和生产过程在自动连续生产内；并且这种连续生产过程的效率由要制造的单元的连续生产友好性决定。然而，连续生产友好性是不够的。经验表明，在海上风力下连续生产单元的即使不是全部也是相当少的主动权已经将获得具有相关物流能力的全功能大型单元生产线的大量先期成本搁置在一起。如果人们剖析投资者(包括制造商和开发商)不愿意在海上风力中进行这种投资的原因，则共同点是缺乏抵消先期成本的健康市场。

5、发现以下两个前提对于浮动海上风力工业是基本的：

6、-成功的浮动海上风力市场取决于适合目的自动连续生产设施的可用性。

7、-用于海上风力的自动连续生产设施的存在依赖于成熟的可预测市场。

8、然而，这两个前提是相互排斥的，并且由于其相互依赖性而实际上显然是矛盾的。然而，通过仔细地制定现有的连续生产能力与商业上可行的浮动海上风力技术之间的桥接技术，可削弱该前提的相互依赖性。

9、现有的被认为是足够成熟的连续生产能力是单桩技术。其是迄今为止在固定结构海上风力中最成功的基础概念。单桩供应商已经磨炼了他们的技能十年以上，具有令人印象深刻的吞吐量以及真正的连续生产思维。

10、然而，由于位于更大水深的新地点，单桩技术的市场正在下降，在该更大水深处单桩不再可行。单桩制造者需要使能器来进行到浮动风力的转换。

11、这些需求和前提之间的交叉，桥接技术，是从本发明设计理念中出现的概念。本发明满足了连续生产的友好性要求，并且可在单桩制造商对生产线的最小改变下进行生产。这意味着最大的障碍(即较大的先期投资)被规避。

12、为了使本发明符合单桩制造商的连续生产要求，柱必须基本上由钢制成。虽然本发明的柱壁可以是具有钢表面和混凝土芯的夹层元件，但是其将不会是如在典型的混凝土结构浮体中发现的钢筋混凝土。不存在适合这种复合材料的自动大规模工艺。

13、在以下专利中描述了一些现有技术的平台：

14、-gb 2365385a；

15、-us2012/103244a1；以及

16、-us2013/019792a1。

17、本发明的目的是提供一种浮动金属平台，其比现有技术的风力平台更适于批量生产。

技术实现思路

1、本发明涉及如独立权利要求中阐述的浮动金属平台，风力涡轮机和用于组装浮动金属平台的方法。在从属权利要求中阐述了优选实施方式。

2、现有技术的变化在其结构中广泛使用混凝土，然而最近混凝土的环境影响已经引起关注，并且被认为是变得在未来不太有吸引力的材料。本发明的基本材料是钢，而混凝土是可选的。

3、描述了一种用于支撑海上设施的浮动金属平台，其中，该平台包括至少三个细长元件，其中，每个细长元件包括：第一细长构件；平行于第一细长构件的第二细长构件；以及至少第一浮力元件，其连接到第一细长构件和第二细长构件。每个细长元件具有第一端和相对的第二端。每个细长元件的第一端或第二端中的一个连接到至少一个其他细长元件的第一端或第二端中的一个。

4、连接应被解释为直接或间接连接，例如经由中间零件。

5、实现了一种适于批量生产的浮动金属平台，特别是一种适于通过容易获得的生产设施进行批量生产的浮动金属平台。

6、可以不使用混凝土来构造浮动金属平台。

7、浮动金属平台可以完全由金属构成。钢和铝是优选金属的实例。

8、第一细长元件和第二细长元件可以竖直对准，水平对准，或者其之间的某种方式。

9、第一细长构件可以包括第一端部，第二相对端部，以及在其之间的中间部分。第二细长构件可以包括第一端部，第二相对端部，以及在其之间的中间部分。至少第一浮力元件可以连接到第一细长构件和第二细长构件的中间部分。

10、此构造的优点在于，代替使用细长元件来连接浮力元件，该浮力元件结合到细长元件中，即，除了提供浮力之外还用作结构元件。浮力元件因此可以至少部分地为细长元件提供所需的刚度，该细长元件进而提供浮动平台的刚度。

11、另一优点是浮力元件可沿着细长元件更均匀地分布，而不是仅定位在每个端部处。

12、细长元件可以是自支撑的。

13、每个细长元件可以包括多个浮力元件。一个浮力元件可以连接到第一细长构件和第二细长构件的第一端部。一个浮力元件可以连接到第一细长构件和第二细长构件的第二端部。两个连接的细长元件可以具有一个共同的浮力元件。多个浮力元件可以连接到第一细长构件和第二细长构件的中间部分。

14、第一浮力元件可以包括第一端面和相对的第二端面。第一细长构件可以连接到第一浮力元件的第一端面，并且第二细长构件可以连接到第一浮力元件的第二端面。

15、此构造的优点是可实现更紧凑的构造。

16、细长构件可以是管道、板、弯曲板、加强板、夹层结构，具有波纹截面或板桩截面(sheet piling cross-section)。

17、海上设施可以是可再生能源设施、采矿设施、食品生产设施、脱盐设施或烃(hydrocarbon，碳氢化合物)生产设施。

18、海上设施可以是风力涡轮机、波浪能转换器、太阳能电池板、水产养殖或建筑物。

19、细长元件可以布置在同一平面中。

20、每个细长元件还可以包括：平行于第一细长构件和第二细长构件的第三细长构件，以及连接到第二细长构件和第三细长构件的第二浮力元件。

21、第一浮力元件和第二浮力元件(114b)连接到第二细长构件(112)的相对侧，并且布置成彼此对准。

22、第一浮力元件和第二浮力元件可以连接到第二细长构件的相对侧，并且布置成彼此不对准。

23、每个细长元件还可以包括用于加强平行细长构件的加强装置。

24、至少一个浮力元件可以是圆柱形的。如果是圆柱形的，则浮力元件将具有中心轴线。细长元件可以布置成使得当平台浮在水体中时，浮力元件的中心轴线基本上指向竖直方向。或者，细长元件可以定向成使得当平台浮在水体中时，浮力元件的中心轴线基本上指向水平方向。或者，细长元件可以定向成使得当平台浮在水体中时，浮力元件的中心轴线指向任意方向。

25、该至少一个浮力元件可以包括：外衬，与外衬同心并且具有比外衬小的直径的内衬，外衬和内衬之间的环形部。该环形部可以填充有混凝土。

26、该至少一个浮力元件可以具有与第一细长构件，第二细长构件和/或第三细长构件中的至少两个的平坦接合部。

27、平台可以包括中心毂。细长元件可以连接到中心毂并且以规则的角间距布置。

28、描述了一种浮动风力涡轮机。该浮动风力涡轮机可以包括：如本文所述的金属平台，连接到平台的塔架，以及连接到塔架的水平轴线风力涡轮机。

29、金属平台可以包括具有中心轴线的中心毂，并且塔架可以沿着中心轴线延伸。

30、浮动风力涡轮机还可以包括拉索，该拉索具有连接到细长元件的第一端和连接到塔架的第二端。

31、浮动风力涡轮机还可以包括中心柱，该中心柱连接到平台，在塔架的相反方向上延伸，并且优选地与塔架同心布置。

32、浮动风力涡轮机还可以包括拉索，该拉索具有连接到细长元件的第一端和连接到中心柱的第二端。

33、描述了一种用于组装浮动金属平台的方法。该方法包括以下步骤：通过将至少第一浮力元件连接到第一细长构件和平行于第一细长构件的第二细长构件，来提供至少三个细长元件，每个细长元件具有第一端和相对的第二端；以及将每个细长元件的第一端或第二端中的一个连接到至少一个其他细长元件的第一端或第二端中的一个。

34、第一细长构件可以包括第一端部，第二相对端部以及在其之间的中间部分。第二细长构件可以包括第一端部，第二相对端部，以及位于其之间的中间部分。该方法可以包括将至少第一浮力元件连接到第一细长构件和第二细长构件的中间部分的步骤。

35、提供细长元件的步骤还可以包括将至少第二浮力元件连接到第二细长构件和平行于第一细长构件及第二细长构件的第三细长构件。

36、该方法还可以包括使用连接到所述细长构件的加强装置加强两个平行的细长构件的步骤。

37、该方法还可以包括以下步骤：提供可连接到至少三个细长元件的中心毂；以及经由中心毂将每个细长元件的第一端或第二端中的一个连接到至少一个其他细长元件的第一端或第二端中的一个。

38、描述了一种浮动风力涡轮机金属平台，其中，该平台包括：中心毂；以及至少三个连接到中心毂的细长元件，所述细长元件以规则的角间距布置在同一平面中，并且每个细长元件包括：第一细长构件；平行于第一细长构件的第二细长构件；以及至少一个连接到第一细长构件和第二细长构件的浮力元件。

39、实现了一种适于批量生产的浮动平台，特别是一种适于通过容易获得的生产设施进行批量生产的浮动平台。

40、可以不使用混凝土来构造金属平台。

41、浮动平台可以完全由金属构成。钢和铝是优选金属的实例。

42、如果三个细长元件连接到中心毂，则相邻细长元件之间的角间距可以是120度。如果四个细长元件连接到中心毂，则相邻细长元件之间的角间距可以是90度。如果五个细长元件连接到中心毂，则相邻细长元件之间的角间距可以是72度。如果六个细长元件连接到中心毂，则相邻细长元件之间的角间距可以是60度。

43、中心毂可以包括用于连接到细长元件的附接装置，例如螺栓接口。或者，中心毂和细长元件可以焊接在一起。

44、中心毂可以包括主体，该主体可以是具有一个或多个开口端的中空主体。主体可以是圆柱形的并且具有竖直定向的中心轴线。或者，代替圆形横截面，中空主体可以具有多边形横截面。主体可以是浮力元件。主体可以适于连接到风力涡轮机塔架。

45、中心毂可以包括适于连接到细长元件的细长构件的凸缘。这种凸缘可以连接到中心毂的主体。

46、平台的细长元件可以具有相同的尺寸；然而，平台的细长元件也可以具有不同的尺寸。

47、系泊支撑件可以设置在细长元件上，通常在细长元件的端部处。

48、细长构件可以是任何挤出构件，轧制构件，管道，或者具有或不具有加强件的板。可以使用的一些加强件是例如平直加强件，角度加强件，t形加强件(例如h形梁或i形梁)，箱形加强件，箱形加强件，球形平直加强件，铆接角度加强件，单侧加强件，双侧加强件和多腿加强件。细长构件也可以是层压结构。细长构件可以具有夹层结构，例如具有混凝土中间层的两层金属。

49、细长构件通常将限定细长元件的长度和宽度。

50、浮力元件通常可以是中空主体。或者，浮力元件可以是密度比海水低的大块主体。

51、浮力元件可以包括压载装置。因此，实现了平台的改进的稳定性。因此，实现了平台的动态性质的可调节性。因此，例如在近海或在码头运输期间，可以实现低吃水深度。压载装置使得涡轮机能够在制造期间升起。

52、细长元件的浮力元件可以具有不同的形状。浮力元件的宽度可以与细长构件的宽度不同。

53、在一个方面中，每个细长元件还可以包括：平行于第一细长构件和第二细长构件的第三细长构件；以及至少一个连接到第二细长构件和第三细长构件的浮力元件。

54、这种多层细长元件构造将通过在层之间叠置浮力元件来增强可伸缩性并减少对加强装置的需要。

55、至少一个连接到第一细长构件和第二细长构件的浮力元件可以布置在距中心毂一定距离处，该距离与从中心毂到连接到第二细长构件和第三细长构件的浮力元件中的任一个的距离不同。

56、连接到第一细长构件和第二细长构件的浮力元件以及连接到第二细长构件和第三细长构件的浮力元件可以成对地布置在距中心毂对应距离处。

57、浮力元件在细长元件内的分布将影响细长元件的强度和稳定性。

58、每个细长元件还可以包括用于加强平行细长元件的加强装置。

59、这样，可以进一步改机细长元件的强度和稳定性。

60、加强装置可以机械地紧固或焊接到结构上。用于机械紧固的装置的实例是锚固件和轴座，螺栓和螺母，螺钉，钉子，铆钉，胶，榫舌和凹槽。

61、所述加强装置可以预张紧到任何所需值，或者可选地根本不预张紧。

62、所述加强装置可以平衡浮力元件之间的间隙中的不连续的竖直剪切。所述加强装置可以布置成使得其成对地基本上形成x形。所述x形成对加强装置在预张紧时将在细长构件和浮力元件上施加力。所述力将通过第一细长构件，第二细长构件和浮力元件中的压缩来平衡。当适当地构造时，基本上垂直于焊缝的第一主应力张量可设计成在大部分动态范围内是压缩的，并且显著地改进疲劳性能。

63、或者，加强装置可以单独布置。

64、加强可以通过加强装置来实现，例如连接在细长构件之间的预张紧的缆线，绳，杆，棒，管或其他梁横截面。还可以通过包括在细长构件中的附加加强件来实现加强。

65、浮力元件可以是圆柱形的。

66、浮力元件可以包括：外衬；与外衬同心并且具有比外衬小的直径的内衬；以及外衬和内衬之间的环形部；其中，该环形部可以填充有混凝土。

67、这种夹层结构非常适于批量生产。

68、浮力元件可以具有与第一细长构件，第二细长构件和/或第三细长构件中的至少两个的平坦接合部。细长元件包括多个细长元件，此细长元件的浮力元件可以具有与任何所述细长构件的平坦接合部。

69、描述了一种浮动风力涡轮机，其中，浮动风力涡轮机可以包括：根据本发明的任何方面的金属平台；连接到平台并且沿着平台的中心毂的中心轴线延伸的塔架；以及连接到塔架的水平轴线风力涡轮机。

70、浮动风力涡轮机还可以包括拉索，该拉索具有连接到细长元件的第一端和连接到塔架的第二端。

71、浮动风力涡轮机还可以包括中心柱，该中心柱连接到平台，在塔架的相反方向上延伸，并且优选地与塔架同心布置。

72、浮动风力涡轮机还可以包括拉索，该拉索具有连接到细长元件的第一端和连接到中心柱的第二端。

73、浮动风力涡轮机可以在海上使用。浮动风力涡轮机可以是柱稳定单元，半潜式的，翼梁设计或这些的任何组合。

74、描述了一种用于组装浮动风力涡轮机金属平台的方法，其中，该方法包括以下步骤：通过将至少一个浮力元件连接到第一细长构件和平行于第一细长构件的第二细长构件来提供细长元件；提供可连接到至少三个细长元件的中心毂；以及将至少三个细长元件连接到中心毂。

75、提供细长元件的步骤还可以包括将至少一个浮力元件连接到第二细长构件和平行于第一细长构件及第二细长构件的第三细长构件。

76、该方法还可以包括使用连接到所述细长构件的加强装置来预张紧两个平行细长构件的步骤。

77、浮动平台不需要在新的生产线上进行投资。所谓的单桩，塔架或任何其他连续生产的大直径圆柱形钢元件可直接用作浮力元件。即，本发明将现有的无关结构元件，单桩，转换为新的应用。

78、与现有技术解决方案相比，浮动平台具有降低的结构复杂性，这增加了制造场地的可用性。

79、浮动平台利用加强板和简单的加强装置来增加结构强度，而不是现有技术的半潜式结构中所见的复杂的浮筒结构。

80、浮动平台使得制造期间的高度自动成为可能，这限制了人的危险暴露。可以预见，对于石油和天然气，hse对浮动海上风力的关注将随着时间而增加，并且“无人干预”将变得越来越有吸引力。

81、现在将在非限制性实施方式中参考附图描述本发明，其中；