在近海设施中用于支撑涡轮塔、变电站或其他类似元件的可潜的主动式支撑结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明，即一种在近海设施中用于支撑涡轮塔、变电站或其他类似元件的可潜的主动式支撑结构，涉及的是一种用来紧固风轮机、变电站或者安装在海上的其他类型类似元件的支撑结构。这种类型的结构常常被认为是主动式的，因为它具有能使其根据所受应力的变化而调整其耐受性的部件。因而，一方面，其具有特殊的创新特征，即它的浸水深度可以调节，使得在工作状态时它可以部分潜入水中以避免海浪所引起的阻力；另一方面，还有利地体现在混凝土方面，从而由于其制造过程灵活而降低了成本，并且由于其对海洋环境的耐受性而延长了使用寿命。
[0002]本发明的应用领域属于制造海洋支撑结构的工业领域，主要集中在用于支撑风轮机、变电站、或类似元件的结构的领域。
【背景技术】
[0003]众所周知，为了最大发挥其特点，有一些工艺元件(比如风能涡轮机)被安装于近海地点，而不是陆地上。然而，这些地点有紧固性问题，一方面是因为所选地点的海床的深度不均匀，此外还因为它们须承受来自风和海浪拍击的压力。
[0004]参照当前现有技术状况，值得一提的是，尽管针对这些问题已知有多种解决方案，但从经济角度看却鲜有真正有效的。
[0005]其中，值得指出的是，已知的最为相似的文献是专利申请US20110037264A1。该专利申请涉及一种“用于支撑近海风轮机的带有水收集板和不对称系泊系统的支柱稳定式近海平台(Column-stabilized offshore platform with water-entrapment plates andasymmetric mooring system for support of offshore wind turbines)，，。所述专利申请描述了一种浮动风轮机平台，包括:至少三个稳定支柱，每个稳定支柱具有用于容纳压载流体的内部容积；连接到所述平台的塔体；连接到发电机上的涡轮机转子，安装在靠近塔体的上端；与三个稳定支柱互连的主梁；位于稳定支柱下端的板；以及一个用来在三个支柱的内部容积之间移动压载流体的压载控制系统，以便调整塔体的竖直准线。该文献要求保护一种浮动平台、一种用于配置半潜式平台的方法、和一种用于操作浮动风轮机平台的方法。
[0006]尽管该文献描述的平台被称为半潜式，但是它实际上是一种浮动平台，因为它的体积的大部分是浮在水面以上的，即其构成支柱的大部分是露出水面的，尽管另一部分是潜入水中的。照此，水线贯穿整个支柱体结构，其整体受海浪移动的影响。水线是由水的表面或者海平面所形成的面与结构体(比如船)相交形成的线，它将水下部分和水上部分分开。所述水线可以根据负载或海水情况的不同而不同。该类型结构体的运行类似于船(重心高于浮力中心)。这就意味着用来稳定并保持塔体竖立的栗系统必须抵消倾覆力矩以抵御海浪的拍击和风。该平台在支柱底部装有板，以防止倾覆及抑制垂直方向的俯仰移动(比如，垂直方向的上下移动)，并且必须完全在陆地上安装并随后浮运至近海地点。
[0007]最后，所述申请的主题的另一个缺点是因为它提到支柱可由统一直径的管材焊接在一起而建造，据此可推测它是由钢材建造而成的结构，由于受到海洋环境的影响，这将在制造和维护成本、使用寿命方面带来一些限制。
[0008]因此，期望有一种平台，其能够消除这些缺点，不论是制造还是安装都有更大的灵活性，正如已指出的，这正是本发明的目的。
【发明内容】
[0009]因此，本发明所提出的在近海设施中用于支撑涡轮塔、变电站或其他类似元件的可潜的主动式支撑结构，是一种用于将涡轮塔、变电站或其他类似元件置于海上的支撑结构。它是由一系列的优选为圆柱体的空心混凝土体(其数量可变，取决于被支撑元件的尺寸、重量，以及其截面，该截面并非必须是圆形)所构成。该空心混凝土体由耐受空心组件(比如，段或梁)连接，该耐受空心组件亦是由混凝土制成，它能在各个空心混凝土体之间转移压力。在用于涡轮塔的结构的专利申请中，该结构会有一个主空心体，风轮机栓柱处于其上。在一些专利申请中，可潜式结构，作为其发明主题，支撑的是变电站或平台，后者可设置于多个栓柱或支柱上。为了减小沿水线的表面面积，在工作状态时所述主空心体上部的截面可小于潜入水中的下部的截面。
[0010]混凝土结构在海水下的耐腐蚀性更好；在本发明中，这一点尤其重要，因为该结构的体积的大部分(至少60%)潜入水中。同样，为了获得稳定潜入水中的结构之目的，所述稳定性通过使结构的重心低于其浮力中心(由浮动元件置换的水的体积的重心，对于一种给定条件，出于稳定性目的可考虑施加推压力)来获得。正因如此，该支撑结构具备自我修正能力。
[0011]因此，构成该结构的一些所述空心体、优选圆柱体(或者全部，根据设计需要)被部分注水直至其工作位置的水平，即当平台置于其最终站点时，该组件保持潜入在足以避开海浪对其影响的深度，使得突出海面上的部分为具有较小主空心体截面的段的一部分，或者为位于主空心体上的栓柱的一部分，在其顶端安装待支撑的风轮机或者类似元件，或者至多为主空心体的一部分。所述平台设计深度为20到35米或更深，这取决于安装区域的海洋和海床特性，特别是对于使用单粧基础并非最佳解决方案的深度。
[0012]此外，在至少一个(尽管可能为数个)所述空心体、优选圆柱混凝土体中引入栗系统，其使得可调节圆柱体中水的总量，从而保证所述的整套元件的浸入情况能够被调节，并且优选同时使得可根据总体上由风力对风轮或支撑其的元件所造成的倾覆力矩以及由一个或多个系泊点上的系泊线的应力所造成的系泊系统，而在圆柱体之间移动圆柱体内的水，从而有助于基于前述的倾覆力矩来调节该结构的倾斜度。
[0013]可选地，每一个调节，和/或每一个空心体或圆柱体，均可配有一个栗系统。
[0014]该结构的体积的大部分(至少60% )位于水面下，这使得可降低海浪对该结构的垂直度的影响，同样地，通过将重心置于浮力中心之下，使主体的大部分尽可能低地潜入水中为该结构带来了稳定性，从而把海水移动所引起的风轮机的加速保持在风轮机制造商所设定的可接受的限度内。
[0015]如上面所指出的，该结构可具有用于支撑风轮机或其它可能使用的类似元件的混凝土栓柱，从而给组件提供更好的耐用性，并且在制造和运输过程中提供更大的灵活性，所述栓柱设置于主空心体上。所述栓柱的截面小于潜入水中的主空心体的截面。
[0016]为了使海浪对该结构的稳定性的影响尽可能地小，在该结构的工作位置，一旦将其置于运行站点，海平面所切割出的截面(其决定了水线)就应当尽可能地小。为此，海平面所切割出的截面，根据该结构的设计的不同，或者为主空心体的上部的截面(当主空心体具有至少两种不同的截面且其中较大的截面潜入水中时)，或者为栓柱的截面(当栓柱直接设置于主空心体上时)。
[0017]在任何可能的用途中，水线处的截面应当尽可能小，并且在任何情况下，所述水线处的截面应当小于潜入水中的构成该结构的空心体的截面之和。因此，该可潜式结构可采用不同的配置，比如:
[0018]-该结构的空心体之一具有等截面，且其上端的一部分位于海面上方，该空心体的其余部分则潜入水中，或
[0019]-该结构的空心体之一具有变截面，其中潜入水中的截面较大，水线处的上部截面较小，该空心体的其余部分潜入水中，或
[0020]-该结构的多个空心体均具有变截面，其中潜入水中的截面较大，水线处的上部截面较小，
[0021]-该结构的空心体(其或者具有等截面或者具有变截面)均潜入水中，在其中至少一个空心体上设置栓柱(其截面为水线)，或
[0022]-该结构的空心体(其或者具有等截面或者具有变截面)均潜入水中，在其中每个空心体上设置栓柱(其决定水线处的截面)。在此情况下，其上设置有栓柱的每个空心体均为主空心体。
[0023]在任何情况下，如上所述，所述水线处的截面小于潜入水中的构成该结构的空心体的截面之和。
[0024]因此，本发明的主要目的是一种根据权利要求1所述的可潜的主动式支撑结构。
[0025]关于所使用的系泊系统，它可以是一个“单点系泊”系统，其中该结构与一个浮筒(在表面上或者预先已潜入水中并系泊于海床上)通过紧固件相连，该紧固件可以是刚性件(比如，由不锈钢、混凝土或者类似材料制成的梁)，也可以是刚性件与柔性件的组合(比如，钢支撑、线缆、合成材料制成的索绳、链条等)，该紧固件与平台相连以便进行流线式挂操作。该种类型的系泊方式反过来也使得该结构能把自己置于迎风面；正因如此，风轮机舱便不能旋转，并且也可以视情况考虑优化该结构的设计的可能。例如，在该支撑结构不是轴对称的情形下(即非圆形塔设计等)。同样地，也可使用其他传统的系泊系统。
[0026]该浮筒上具有系泊件，使得该浮筒可以被紧固于海床上，该系泊件可以是线缆、链条、合成材料制成的索绳等。
[0027]当使用上述“单点”系泊系统时，为了避免馈