在水体之间构造屏障的装置和方法

在水体之间构造屏障的装置和方法
【专利摘要】描述了一种用于在第一水体和第二水体之间构造整个屏障或局部屏障的装置，该装置包括中央部分(13)和至少一对支撑腿(22)，所述支撑腿被设置为相对于固定基座支撑中央部分。所述中央部分(13)在下部区域内设置有多个开口，并且每个支撑腿(22)在上端处设置有多个突出部分，所述突出部分适合于连接至在中央部分中的相应的开口。几个中央部分在其端壁处互连，以便形成连续链。所述支撑腿(22)以及(可能的)所述中央部分(13)可具有可变的、可控的浮力，由被设置成填充有空气或水的多个腔体提供所述浮力。这有助于在构造工序期间容易地进行操纵和处理。
【专利说明】在水体之间构造屏障的装置和方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及用于在第一水体和第二水体之间构造整个屏障或局部屏障的装置和方法。

【背景技术】
[0002]由于气候变化，全球化面临的主要挑战。达成了必须减少化石燃料的排放这一广泛的政治共识。石油、天然气以及煤是有限资源。因此，越来越需要来自例如潮汐水和波浪的可再生以及零排放的能源。
[0003]气候变化造成冰川融化，导致海平面上升。升高的海水温度产生更大量的水体。气候研究员也预测具有增加的洪水风险的更极端的天气。现有防洪措施(例如，保护伦敦的泰晤士水门以及荷兰的堤坝扩展系统)需要新的解决方案。
[0004]在水坝几乎关闭了海洋区域的水坝中的潮汐发电站具有在水坝内减少海平面的波动的效应。因此，除了提供再生的以及环境友好的电力以外，还有助于有效地防洪。
[0005]W0-2005/017349公开了一种用于潮汐发电站的涡轮机，其中，在该潮汐发电站处在两个潮汐方向利用能量。
[0006]W0-2011/025387公开了进一步研发的用于利用波浪能和潮汐能的这种涡轮机。
[0007]挪威专利320988公开了一种装置和方法,该装置和方法用于互连和固定用于这种发电站的预制的混凝土结构。
[0008]US-2009/110484描述了一种防波堤(breakwater)屏障系统，其包括:防波堤壁，位于漂浮的混凝土结构的第一表面上；基本防水的波浪屏障壁，与位于混凝土结构的第二表面上的防波堤壁相距一定的距离；以及锚，用于在预定的位置处固定混凝土结构。


【发明内容】

[0009]本发明的总体目标在于，提供一种用于在第一水体和第二水体之间构造整个屏障或局部屏障的改进的装置和方法。
[0010]在权利要求中提出了本发明。

【专利附图】

【附图说明】
[0011]现在，以一个非限制性的实例更详细地描述本发明，由附图显示并且由以下详细的描述解释本发明。在可能的情况下，在示图中由相同的参考术语表示相同或相应的元件。
[0012]图1为在建造期间设施的透视图，其中，已经安装了一些中央部分，而拖船正在运送一个新的中央部分；
[0013]图2示出了用于在第一水体和第二水体之间构造整个屏障或局部屏障的装置；
[0014]图3示出了具有运输单元的中央部分，准备连接至已经嵌入的中央部分；
[0015]图4示出了在水平位置中的支撑腿，从而能够将支撑腿从建造坞(buildingdock)拖曳到组装地点；
[0016]图5示出了中央部分和相应的运输单元的进一步细节。

【具体实施方式】
[0017]图1为在建造期间的设施的透视图，其中，已经安装了一些中央部分，而拖船正在运送一个新的中央部分。
[0018]因此，图1示出了在第一水体和第二水体之间构造整个屏障或局部屏障中执行的步骤。在这种情况下，水体构成在陆地区域之间的海峡(sound)，并且在陆地区域之间，在该海峡之上或者在海峡的一部分之上，建立屏障。
[0019]该方法包括，首先在水面上设置中央部分13。在这种情况下，中央部分漂浮，并且在预制的条件下由拖船从船坞等拖曳到相关的施工场地。
[0020]该方法进一步包括，提供支撑腿，用于相对于固定基座(在这种情况下，海床)支撑中央部分。此外，下面参照图2，进一步说明这个方面和其他方面。
[0021]从图1中还可以看出，该方法进一步包括使中央部分13用额外数量的中央部分在中央部分的端壁处互连，以便形成中央部分的连续链。
[0022]在特别版本中，可在中央部分中的通流开口中，提供涡轮。由于潮汐力在第一水体和第二水体之间自然移动的水驱动涡轮，从而屏障可表示用于利用潮汐能的设施。
[0023]现在描述该方法和装置的进一步的方面。
[0024]图2为用于在第一水体和第二水体之间构造整个屏障或局部屏障的装置的示意图。该示图还示出了用于在第一水体和第二水体之间构造整个屏障或局部屏障的方法的方面。
[0025]图2示出了在水面上浮动的中央部分13。在中央部分13的左侧上，示出了已经操纵到位(in posit1n)并且附接至中央部分13的支撑腿。示图的右侧是一个相应的支撑腿22在中央部分13的相反侧上操纵到位并且固定至该中央部分的情况的示意图。
[0026]因此，用于在第一水体和第二水体之间构造整个屏障或局部屏障的方法首先包括在水表面上设置中央部分13。
[0027]进一步地，提供至少一对支撑腿，以相对于固定的基座(由在图2的底部的阴影部分表示的海床)支撑中央部分。该方法进一步包括引导多个突出部分，其中，在每个支撑腿上提供一个突出部分，该突出部分向上并且向内成对角线地位于在中央部分13的下部区域中的各自的开口中。然后，突出部分固定到这些开口。
[0028]通过将支撑腿中的多个腔体或腔室填充空气或水，可改变和控制每个支撑腿的浮力。在所显示的实例中，这些可包括位于浸没的支撑腿部分中的上部腔室以及位于从表面略微向上突出的支撑腿部分中的下部腔室24。在该整个描述中，“上部腔室”表示在安装支撑腿之后位于最高位置处的腔室，即，最靠近中央部分处的腔室。
[0029]例如，上部腔室可填充有水，而下部腔室24填充有空气。这就产生了在图2中所示的位置，其中，安装突出部分的支撑腿的上端定位成略微低于表面，而包括锚固装置的支撑腿的下端从表面略微向上突出。
[0030]通过逐渐将水泵送入下部腔室24内和/或从上部腔室中泵送出水和/或将空气泵送入上部腔室内，这能够通过容易并且实际的方式将右支撑腿22操纵到位。此外，提供通过绞车(未显示，但是可安装在中央部分13上，例如，安装在泵站28上)拉紧绞车线29的选择，从而进一步帮助将右支撑腿22操纵到位。
[0031]在接合支撑腿22和中央部分13时，在支撑腿22中腔室形式的浮力器件允许容易地操纵和处理支撑腿。而且，在接合操作期间，避免或减少了对于大功率起重机等以及重型安装机械的需求。
[0032]图3示出了具有运输单元的中央部分，准备用于连接至已经嵌入的中央部分。
[0033]在10处，显示了已经安装至彼此的多个中央部分或者可替代地，具有更大长度的一个中央部分。在此处，这个中央部分或者多个中央部分已经具有多个支撑腿，这些支撑腿共同形成倾斜表面，该倾斜表面朝着在中央部分中的任何通流开口向上和向内引导流水，其中，可安装一个或多个涡轮机，以利用在流水中的能量。
[0034]在图3中，通过运输单元17提升中央部分13。下面参照图5，更详细地对此进行解释。
[0035]图4示出了在水平位置中的支撑腿22，在该位置中，将支撑腿从建造坞运送到组填充地点。
[0036]支撑腿的下部分(其中，“上部”在本文中表示在安装支撑腿之后更高的位置，即，更靠近中央部分，而另一方面，“下部”表示在安装支撑腿之后更低的位置，即，在中央部分的相反端)包括锚固装置，示出的为吸力锚(suct1n anchor) 26的形式的一个实例。吸力锚具有开放式底侧27，通过将在位于支撑腿22内的额外的下部腔室25内填充满水，将该底侧逐渐向下推入基座(即，海床)内。通过与真空泵的管道/软管连接(未显示)，然后，可降低在吸力锚内的内部压力。与拉紧绞车线相结合的外部水压进一步将支撑腿22的下端向下压入海床内。
[0037]支撑腿可进一步包括一个或多个铸入管(cast-1n tube) 25，因此，这些铸入管可用作导向管，用于钻孔，以便将牢固的安全螺栓插入坚固的岩石内。然后，支撑腿可通过这个或这些管道25安全地灌注泵送的混凝土.
[0038]支撑腿22在左端处可具有安装在突出部分(或突出舌)19上的拖曳固定固定件18。例如,可方便地从实心钢板中切出突出部分19。在加强筋(reinforcing bar,钢筋)20周围泵送入混凝土之后，在每个突出部分上的多个横向的加强筋20在中央部分13及其切口与支撑腿之间提供良好的力输送和刚性的连接。
[0039]支撑腿22可具有在内部的上部腔室，该上部腔室包括在设置突出部分处的表面21与在支撑腿22内的隔断壁23之间的区域。支撑腿还可包括在隔断壁23与吸力锚26之间的下部腔室24。这两个腔室有利地具有连接到泵站28的管道/软管，例如，设置在中央部分13上的管道/软管，从而能够允许操作人员在此调整在相关的支撑腿上的浮力并且沿着该支撑腿的浮力。
[0040]图5为中央部分13和准备插入中央部分的水平开口 11内的运输单元17的透视图。在14处，显示了开口，在完成组装并且在中央部分的混凝土凝固之后，通过这些开口可降低涡轮机。
[0041]为了简单起见，在图5中未显示用于接收和安装支撑腿的突出部分的在中央部分13中的对角线的开口或切口，但是应理解的是，该中央部分也设置有这些对角线的开口或切口。
[0042]由钢板方便地焊接在一起的运输单元17包括在运输单元的主要部分17内包含的三个单独的封闭的腔室以及两个突出零件15、16。管道从每个腔室一直延伸到未显示的在顶部处的控制站，在该控制站处在操作人员可将水或空气泵送入每个腔室内或者从每个腔室中泵送出水或空气，从而调整运输单元的浮力和倾斜度。
[0043]在每个端壁上，中央部分13可具有突出的、铸入的钢梁12。这些钢梁可方便地具有在牢固的槽形梁上的端部件内铣出的凹槽，该槽形梁在其相反的铸入的构件中，具有用于多个加固杆的开口或切口，这些加固杆将力良好地分布在混凝土的中央内。所述凹槽是水平凹槽，并且被设计成用于安装在相对的中央部分上的相应钢梁的相对的突出齿内。
[0044]其一个可能的优点在于，在潮汐翻转的几分钟内，装配工能够在正确的高度和横向方向上定位新的中央部分，因此，通过焊接和/或螺纹连接或者通过某种其他方式，装配工可将这些中央部分连接在一起，使得在必须释放运输单元时，可将新的部分的重量传输给旧的部分。在其到位时，通过在中央部分上以及在支撑腿上嵌入突出的加强筋，进行进一步连接。
[0045]现在，描述本发明的进一步可能的方面。
[0046]如上文中所示，用于在第一水体和第二水体之间构造整个屏障或局部屏障的装置包括中央部分13和至少一对支撑腿22，这对支撑腿被设置为相对于固定的基座支撑中央部分。
[0047]中央部分13在下部区域内设置有多个开口或切口 /腔体，并且每个支撑腿22在上端设置有多个突出部分，所述突出部分适合于附接至在中央部分中的相应的开口。例如，图2中所显示的。在中央部分中的开口可方便地包括对角线的切口或腔体，每个切口或腔体具有例如圆形的横截面，该横截面朝着中央部分的内部向上倾斜地减小，并且其中，支撑腿的突出部分安装在其相应的切口内。
[0048]尤其如图1中所示，该装置可进一步包括额外数量的中央部分13，其中，中央部分在其端壁处互连，以便形成中央部分的连续链。支撑腿可通过所描述的方式附接至所有中央部分，以锚固至基座/海床。为此，每个支撑腿在下端处设置有用于附接至固定的基座的锚固装置。
[0049]为了使包括支撑腿的装置构成在第一水体和第二水体之间形成水的整个屏障或局部屏障的表面，中央部分可包括分别朝着第一水体和第二水体的第一端面和第二端面，并且每个支撑腿可包括沿着中央部分的相应的端面的整个长度延伸的表面。
[0050]在一些实施方式中，支撑腿的表面可沿着支撑腿的整个高度延伸。在其他实施方式中，该表面可由水能够穿过的开口分裂。
[0051]如前所示，每个支撑腿可被设置为具有可变的、可控的浮力。可由在支撑腿中的被设置为填充有(或清空)空气或水的多个腔体提供该浮力。
[0052]在一些实施方式中，中央部分还具有可变的、可控的浮力。可通过在中央部分中的被设置为填充有空气或水的至少一个腔体或者通过使用在图3和5中用17表示的分离的运输单元，提供该浮力，该运输单元被设置为连接至中央部分，其中，运输单元包括可填充有空气或水的腔体。
[0053]该装置可尤其方便地形成用于利用潮汐能的设施的一部分。在这种实施方式中，中央部分包括分别朝着第一水体和第二水体的第一端面和第二端面，并且，另外包括在第一端面和第二端面之间的至少一个通流开口。在中央部分中，此外，可提供由流过通流开口的水驱动的涡轮机。在这种特别的实施方式中，例如，如在图5中进一步的细节所示，中央部分可进一步包括在中央部分的上部与提供的这两个通流开口的中央部之间的竖直通道14，其中，该竖直通道构成涡轮机的安装槽道。该涡轮机可被设置为在中央部分中是水平地可逆的，从而以便利用两个潮汐方向。
[0054]本发明可以是特别地有用的，用于在比先前已知的方法(例如，在挪威专利320988中描述的方法)适合的深度更深的深度处，锚固和组装大型预制的混凝土部分。在松散的海床中安装和锚固期间，本发明可具有特别的优势。
[0055]在本发明中使用的支撑腿形成斜面，该斜面将波浪和潮水向上引入在中央部分中的包含一个或多个涡轮机的任何入口或通道内。通过这些斜面，还可促使在更深位置中的潮水向上进入涡轮机内。
[0056]中央部分有利地铸入加强的混凝土内。中央部分在船坞中可批量生产并且从建造坞中漂浮出来，优选地在高水位时。中央部分可装备有充气式腔体和/或补充有特别的运输单元17，该运输单元提供充足的浮力，以便允许从船坞底板中自由地提升这些中央部分，随后在部分地浸没的位置中将这些中央部分被拖曳到组装地点。
[0057]在新的中央部分到位时，在新的混凝土部分锁定到先前安装的部分之前，将浮力调整到正确的高度。然后，允许水进入运输单元17中，使得将新的部分的重量传输给旧的部分及其基础。然后，可将运输单元17拖回生产现场，用于在下一个部分上重新使用。
[0058]通过与主要中央部分相同的制造方法，支撑腿可在建造坞中铸入的加强的混凝土内，并且漂浮到位。这些支撑腿可装备有腔体，这些腔体提供用于拖入表面位置中的浮力。通过绞车，并且通过以控制的方式将水泵送入沿着支撑腿的长度在支撑腿的不同位置中设置的多个浮力室内，可将支撑腿操纵到位。
[0059]可有利地制造具有不同长度的支撑腿，并且根据海水深度以及要安装支撑腿的底部条件，设计这些支撑腿。
[0060]为了确保在松散的海床中安全地锚固，可有利地使用支撑腿，其中，每个支撑腿的外部部分/下部部分具有吸力锚的形式。下部部分可具有没有底部的盒形的横截面。在支撑脚中的外部/下部浮力箱填充有海水时，由于其自身的重量，支撑腿向下倾斜，使得所述盒形部分的下部锐边向下刺穿一距离，进入松散的地面内。然后，可通过管道/软管连接，从所述腔室中吸出海水。支撑腿可通过绞车和钢缆更牢固地保持固定，同时用绞车提升内端。然后，通过直到与真空泵的管道/软管连接(未显示)，从支撑腿的外部/下部腔室中吸出水。从而，在腔室外面的水压和绞车配合，将支撑腿的外部/下部端部进一步向下压入海床内。
[0061]在其相反(B卩，上部)端处，支撑腿具有装配入在中央部分中的相对的开口内的一个或多个突出舌或突出部分。支撑腿和中央部分在此可具有带开口的突出的加强筋，在相关的支撑腿到位时，在加强筋周围填充混凝土。在混凝土凝固之后，在支撑腿与中央部分之间获得坚固的刚性连接。
[0062]通过在中央部分的每侧上的这种支撑腿，提供固定至底部的紧固锚固，该紧固锚固吸收了来自潮汐和波浪的强大横向力以及由具有涡轮机以及在顶部上的未来交通的整个最终的混凝土桥梁产生的重量。
[0063]在将支撑腿和中央部分结合在一起的混凝土凝固时，该部分可接收下一个新的中央混凝土部分的负荷。通过这种方式，可通过合理的方式在海洋内逐步建立桥梁连接，而无需重型起重船或不需要任何潜水员。
[0064]最后的阶段是独立于混凝土工程地安装涡轮机和其他机械设备。制造具有不同长度的支撑腿，以便适合于要安装支撑腿的海水深度。因此，独立于海水深度，支撑腿能够实现大致相同的最佳倾斜度。
[0065]该方法和装置对海水深度的这种变化提供了极大的灵活性，同时，与先前已知的方法和装置相比，节省了时间和成本。
[0066]应理解的是，通过非限制性的、说明性的实例的形式，提供了以上描述。对于在本领域的技术人员，很多变化和替换物是直接地显而易见的。因此，本发明的原理和范围由所附的专利权利要求及其等同物限定。
【权利要求】
1.一种用于在第一水体和第二水体之间构造整个屏障或局部屏障的装置，所述装置包括中央部分(13)以及至少一对支撑腿(22)，所述至少一对支撑腿被设置为用于相对于固定基座支撑所述中央部分，其中， 所述中央部分(13)在下部区域内设置有多个开口，并且 每个支撑腿(22)在上端处设置有多个突出部分，所述突出部分适合于附接至所述中央部分中的相应的开口， 其中，所述中央部分中的开口包括对角线的切口，所述切口具有朝着所述中央部分(13)的内部向上倾斜地减小的横截面，并且其中，所述突出部分安装在其相应的切口内。
2.根据权利要求1所述的装置， 进一步包括额外数量的中央部分(13)，其中，所述中央部分在它们的端壁处相互连接，以便形成中央部分的连续链。
3.根据权利要求1或2所述的装置， 其中，每个支撑腿(22)在下端处设置有锚固装置，所述锚固装置用于附接至所述固定基座。
4.根据权利要求3所述的装置， 其中，所述横截面是圆形的。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置， 其中，所述中央部分(13)包括分别面向所述第一水体和所述第二水体的第一端面和第二端面，并且其中，每个支撑腿包括沿着所述中央部分(13)的相应的端面的整个长度延伸的表面。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置， 其中，每个支撑腿(22)具有由被设置成填充有空气或水的多个腔体提供的能变化的、能控制的浮力。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置， 其中，所述中央部分(13)具有由被设置成填充有空气或水的至少一个腔体提供的能变化的、能控制的浮力。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的装置， 其中，所述中央部分(13)具有由被设置成连接至所述中央部分(13)的分离的运输单元(17)提供的能变化的、能控制的浮力，其中，所述运输单元包括能够填充有空气或水的腔体。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置， 其中，所述中央部分(13)包括分别面向第一水体和第二水体的第一端面和第二端面以及位于所述第一端面和所述第二端面之间的通流开口，并且其中，在所述中央部分(13)中，安装有由流过所述通流开口的水驱动的涡轮机。
10.根据权利要求9所述的装置， 其中，所述中央部分(13)进一步包括位于所述中央部分的上中央部与所述通流开口的中央部之间的竖直通道，其中，所述竖直通道构成所述涡轮机的安装槽道。
11.一种用于在第一水体和第二水体之间构造整个屏障或局部屏障的方法，所述方法包括 -在水面上设置中央部分(13)， -设置至少一对支撑腿(22)，所述支撑腿用于相对于固定基座支撑所述中央部分，其中，所述方法包括 -将设置在每个支撑腿上的多个突出部分插入所述中央部分(13)的下部区域内的相应的开口内，并且将所述突出部分附接至所述开口， 其中，所述中央部分中的开口包括对角线的切口，所述切口具有朝着所述中央部分(13)的内部向上倾斜地减小的横截面，并且其中，所述突出部分安装在相应的切口内。
12.根据权利要求11所述的方法， 进一步包括，使所述中央部分(13)与额外数量的中央部分(13)在所述中央部分的端壁处相互连接，以便形成中央部分的连续链。
13.根据权利要求11至12中任一项所述的方法， 进一步包括，通过将所述支撑腿(22)中的多个腔体填充空气或水，改变和控制每个支撑腿(22)的浮力。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法， 其中，所述中央部分(13)包括分别面向所述第一水体和所述第二水体的第一端面和第二端面以及位于所述第一端面和所述第二端面之间的通流开口，并且其中，所述方法进一步包括在所述中央部分(13)中提供由流过所述通流开口的水驱动的涡轮机。
【文档编号】E02B9/08GK104411889SQ201380020379
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2013年4月17日 优先权日:2012年4月18日
【发明者】佩尔·科兰斯鲁德 申请人:潮汐科技公司