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DE102008055778A1 - Offshore formation structure has dimensioned assembly corresponded to incident load, where assembly is manufactured in individual segment - Google Patents

Offshore formation structure has dimensioned assembly corresponded to incident load, where assembly is manufactured in individual segment Download PDF

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DE102008055778A1
DE102008055778A1 DE102008055778A DE102008055778A DE102008055778A1 DE 102008055778 A1 DE102008055778 A1 DE 102008055778A1 DE 102008055778 A DE102008055778 A DE 102008055778A DE 102008055778 A DE102008055778 A DE 102008055778A DE 102008055778 A1 DE102008055778 A1 DE 102008055778A1
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Abstract

The offshore formation structure has a dimensioned assembly corresponded to the incident load, where the assembly is manufactured in individual segment. The assembly is twisted over the connecting arrangements by frictionally engaged operating wedge-shaped clamping elements to a mounting section. The multiple mounting sections are twisted over connecting arrangements by frictionally engaged operating wedge-shaped clamping element to a total structure. An independent claim is included for a method for mounting an offshore formation structure.

Description

Die Erfindung betrifft eine aus mehreren Segmenten und Montagesektionen zusammengesetzte und miteinander verspannte Offshore-Gründung sowie das Verfahren zur Montage, beispielsweise zum Anschluss von Offshore-Windenergieanlagen.The Invention relates to one of several segments and mounting sections composite and tense offshore foundation and the method for mounting, for example, for the connection of Offshore wind turbines.

Gründungskonstruktionen, wie beispielsweise in der DE 10 2005 040 674 beschrieben, sind extremen Belastungen ausgesetzt, entsprechend aufwendig gestaltet sich die Dimensionierung und die Fertigung. Obwohl vielfach Neuland betreten wird, müssen die eingesetzten Materialien und Technologien die Betriebssicherheit gewährleisten. Erkenntnisse aus Forschungsinstituten im Materialwesen und in der Fertigungstechnik sind daher gleichermaßen gefragt wie eine bereits vorliegende Sachkenntnis durch artverwandte Ausführungen der herstellenden Unternehmen. Eine Nutzung von tragenden Bauteilen, unter anderem konventionelle Flansch-/Schraubenverbindungen, die aufgrund ihrer konstruktiven Gestaltung hohe Kerbwirkungszahlen aufweisen und infolge der Relaxation/Ermüdung das Tragverhalten einer Gründungsstruktur negativ beeinflussen würden, ist in jedem Fall ausgeschlossen.Foundation structures, such as in the DE 10 2005 040 674 described, are exposed to extreme loads, correspondingly elaborate designed the dimensioning and manufacturing. Although new territory is often entered, the materials and technologies used must guarantee operational safety. Findings from research institutes in the field of materials science and manufacturing technology are therefore just as much in demand as already existing expertise through related models of the manufacturing companies. The use of load-bearing components, including conventional flange / screw connections, which due to their structural design have high notch efficiencies and would negatively affect the structural behavior of a foundation structure as a result of the relaxation / fatigue, is excluded in any case.

Die bekannten Gründungsstrukturen werden somit einteilig als Schweißkonstruktionen ausgeführt. Diese führen jedoch zu gigantischen Abmessungen, zu enormen Gewichten, zu einem erhöhten Fertigungsaufwand, zu einem erschwerten Transport und zu einer aufwendigen durch Umgebungsbedingungen beeinflußten Montage. Bei Wellengang wird diese generell behindert, bei hohem Seegang ist sie nahezu unmöglich. Jede Veränderung der Wetterlage kann einen sofortigen Abbruch der Montagearbeiten bewirken, so dass derartige Arbeiten nur begrenzt und unter Bewältigung hoher logistischer Anforderungen in den Sommermonaten durchgeführt werden können. Nicht kalkulierbare Ausfallzeiten sind für die gesamte Branche Indikatoren hoher wirtschaftlicher Risiken.The known foundation structures are thus integrally as Welded constructions executed. These lead but to gigantic dimensions, to enormous weights, to one increased production costs, to a more difficult transport and to a complex influenced by environmental conditions Assembly. In waves, this is generally hindered, at high It is nearly impossible for swell. Every change the weather conditions can cause an immediate interruption of the assembly work, so that such work is limited and under coping high logistic requirements in the summer months can be. Unforeseeable downtime is for the whole industry indicators of high economic risks.

Aufgabe der Erfindung ist es, sowohl eine Gründungsstruktur als auch ein Verfahren zur Montage zu schaffen, bei der die zuvor beschriebenen Nachteile beseitigt, Herstellungs- und Montageverfahren vereinfacht und insgesamt wirtschaftliche Risiken minimiert werden.task The invention is both a foundation structure as also to provide a method of assembly, in which the disadvantages described above eliminated, manufacturing and assembly procedures simplified and overall economic risks are minimized.

Die Lösung der Aufgaben ist Gegenstand der kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche.The Solution of the tasks is the subject of the characterizing Features of the claims.

Gegenüber einer einteilig ausgeführten Schweißkonstruktion werden am Installationsort Einzelsegmente zu Montagesektionen und/oder mehrere Montagesektionen zu einer kompletten Gründungsstruktur miteinander verspannt, wobei an sämtlichen Verbindungsstellen reibschlüssig wirkende keilförmige Spannelemente einen Kraft- und Formschluss zwischen den zu verbindenden Bauteilen erzeugen.Across from a one-piece welded construction At the installation site, individual segments become assembly sections and / or several assembly sections to a complete foundation structure clamped together, being at all joints frictionally acting wedge-shaped clamping elements a force and form fit between the components to be joined produce.

Derartige Verbindungsanordnungen sind aus der EP 0 775 863 B1 und der EP 1 010 931 B1 bekannt. Von besonderer Bedeutung ist dabei, dass die zu übertragenden Kräfte/Momente nicht über Bauteile übertragen werden, die hohe Kerbwirkungszahlen aufweisen. Aufgrund eines günstigen Hebelarmes stellt sich zudem ein optimaler Kraftfluß durch die zu verbindenden Bauteile ein, so dass auftretende Stülpverformungen minimiert werden. Die keilförmigen Elemente weisen zwischen den Verspannflächen und der Verspannachse einen Winkel auf, der nicht größer ist als der Haftreibungswinkel der reibschlüssig zusammenwirkenden Materialien. Er stellt die Selbsthemmung der verspannten Bauteile sicher. Relativ kleine Schrauben, mit denen zuvor der verspannte Zustand erzeugt wurde, verhindern den Übergang von der Haft- zur Gleitreibung. Extrem belastete Ausführungen führen mittlerweile in nahezu allen Industriebereichen zu enormen wirtschaftlichen Vorteilen gegenüber konventionellen Verbindungen.Such connection arrangements are known from EP 0 775 863 B1 and the EP 1 010 931 B1 known. It is of particular importance in this case that the forces / moments to be transmitted are not transmitted via components which have high notch coefficients. Due to a favorable lever arm also provides an optimal power flow through the components to be joined, so that occurring Stülpverformungen be minimized. The wedge-shaped elements have between the clamping surfaces and the Verspannachse at an angle which is not greater than the static friction angle of frictionally cooperating materials. It ensures the self-locking of the tensioned components. Relatively small screws, with which previously the strained state was generated, prevent the transition from static friction to sliding friction. Extremely loaded versions now lead to enormous economic advantages over conventional connections in almost all industrial sectors.

Als Bewertungsmaßstab dieser Technologie werden revolutionierende Testergebnisse herausgestellt, die für alle Industriebereiche neue Maßstäbe setzen. So waren sowohl zum Nachweis der mit dieser Technologie zu erreichenden hohen Sicherheiten und optimalen Dichtheitsvoraussetzungen als auch zum Herausfinden eventueller Schwachstellen der Verbindung Tests geplant, an einer ohne Schweißarbeiten umgestalteten konventionellen 6½''–325 bar Rohrleitungsverbindung den Probedruck über die geforderte Druckprobe von pProbe = 488 bar weiter heraufzusetzen. Bei einem unvorstellbaren Druck von 1750 bar, bei mehr als dem 5-fachen des Betriebsdrucks wurde der Test abgebrochen, da nicht die Verbindung versagte, sondern die Rohrkörper mit einer Rohrwandstärke von 25 mm kurz vor dem Zerbersten standen. Während der Außen-⌀ der Rohrkörper sich von ⌀ 170 auf 215 mm infolge plastischer Verformung vergrößerte, zeigten die einzelnen Bauteile der Verbindung dagegen keine Veränderungen. Die Dichtheit war selbst bei der extremen Überbelastung noch gegeben. Aussagekräftig ist vor allem, dass ein vergleichbarer Test mit der konventionellen Ursprungsverbindung infolge Schraubenlängung nicht über ca. 650 bar hätte durchgeführt werden können.The benchmark for this technology is revolutionary test results that set new standards for all industries. For example, in order to prove the high level of safety to be achieved with this technology and optimum leak-tightness requirements, as well as to find out possible weak points of the connection, tests were carried out on a conventional 6½ "- 325 bar pipe joint without welding work. The test pressure for the required pressure test of p sample 488 bar further up. At an unimaginable pressure of 1750 bar, at more than 5 times the operating pressure, the test was discontinued because the connection failed, but the tubular bodies with a tube wall thickness of 25 mm were about to burst. While the outer diameter of the tubular body increased from 170 to 215 mm due to plastic deformation, the individual components of the compound showed no changes. The tightness was even given the extreme overload. Above all, it is informative that a comparable test with the conventional original connection due to screw elongation could not have been carried out above approx. 650 bar.

Die in jeder Hinsicht spektakulären Testergebnisse zeigen eindrucksvoll, dass sogar die Belastungen sicher übertragen werden, die zum Versagen der Anschlußkonstruktionen führen. Dieses begründet die Aussage, dass unter Betriebsbedingungen ein Versagen der Verbindung ausgeschlossen ist. Da die zu übertragenden Kräfte/Momente ausschließlich durch Reibschluß übertragen werden und hohe Kerbwirkungszahlen aufweisende Bauteile an der Übertragung von Belastungen nicht beteiligt sind, ist ein Verlust der Vorspannkraft infolge Relaxation bzw. Ermüdung ausgeschlossen.The test results, which are spectacular in every respect, impressively show that even the loads that lead to the failure of the connection constructions are transmitted safely. This justifies the statement that a failure of the connection is excluded under operating conditions. Since the forces / moments to be transmitted are transmitted exclusively by friction and high notch components having an effect on the transmission of loads are not involved, a loss of the preload force due to relaxation or fatigue is excluded.

Durch das Zusammenwirken der lösbar miteinander verspannten Bauteile ist die in der Fachwelt bereits unter der Bezeichnung ”Verbindungssystem Schlemenat” bekannte Verbindungstechnologie (nach dem Erfinder benannt, zugleich Erfinder dieser Anmeldung) vorteilhaft an Stelle aller konventionellen Verbindungen einzusetzen, an denen axial angeordnete Schrauben rotationssymmetrische Bauteile verbinden, wobei unabhängig vom industriellen Einsatzbereich, von der konstruktiven Gestaltung, vom Durchmesser oder der Betriebstemperatur höchste Belastungen (Druck, Kräfte, Momente) sicher übertragen werden. Bisher ausschließlich geschweißte Baugruppen lassen sich somit ebenfalls kraft- und formschlüssig miteinander verspannen, unter anderem zur Vereinfachung und Reduzierung des Transport- und Montageaufwands bei Großanlagen, zum lösbaren oder dauerhaften Verbinden von nicht oder nur schwer schweißbaren Bauteilen, zur Umgehung von Schweißarbeiten, die anschließende Induktivglühungen erfordern.By the interaction of the releasably clamped together components is in the professional world already under the name "connection system Schlemenat" known Connection technology (named after the inventor, at the same time the inventor this application) advantageously in place of all conventional compounds use, in which axially arranged screws rotationally symmetric Connect components, regardless of the industrial Range of application, from the design, the diameter or the operating temperature highest loads (pressure, Forces, moments) are transmitted safely. So far only welded assemblies can be thus also clamp together positively and positively, Among other things, to simplify and reduce the transport and Assembly costs for large systems, to be solved or permanent joining of unknowable or difficult to weld Components, to bypass welding work, the subsequent Induction annealing require.

Ergänzend zu den Testergebnissen sind Deckelverschlüsse an Erdgas-Kompressorgehäusen für Gasturbinen-Kompressoreinheiten ebenfalls hervorzuheben (dD = 2060 mm/pProbe = 175 bar), da die Deckel während der mit Wasser durchgeführten Druckproben mit 53.000 kN bzw. 5.300 t belastet wurden. Trotz dieser extremen Belastung sind die 24 Verspannschrauben selbst nach 8 Jahren Vollbetrieb im Gewinde frei beweglich. Dieses zeigt die Übereinstimmung sowohl mit der Theorie als auch mit den zuvor dargestellten Testergebnissen, dass sämtliche Kräfte ausschließlich durch Reibschluss der verspannten Bauteile übertragen werden.In addition to the test results, lid closures on natural gas compressor housings for gas turbine compressor units should also be emphasized (d D = 2060 mm / p sample = 175 bar) as the caps were loaded at 53,000 kN and 5,300 t, respectively, during the water pressure tests. Despite this extreme load, the 24 clamping screws are freely movable in the thread even after 8 years of full operation. This shows the agreement with both the theory and the test results previously shown that all forces are transmitted exclusively by frictional engagement of the strained components.

Diese Erkenntnisse in Verbindung mit der Realität, dass das schwächste Glied einer Kette die Gesamttraglast der Kette bestimmt, führt hinsichtlich der zu erstellenden Berechnungsnachweise für eine aus mehreren Einzelsegmenten zusammengesetzte Offshore-Gründungsstruktur zu einer spektakulären Vorgehensweise, da bei Nutzung der Verbindungstechnologie nach der EP 0 775 863 B1 / EP 1 010 931 B1 nachweislich die Grundkonstruktion das schwächste Bauteil darstellt, welches beispielsweise aufgrund einer nicht bekannten oder nicht berücksichtigten Belastung versagen würde. Somit ist mit den zuständigen Überwachungsinstitutionen festzulegen, dass zusätzlich zu den Berechnungsnachweisen der idealisierten Tragkonstruktion gesonderte Berechnungsnachweise für eine aus mehreren Montagesektionen bestehenden einteilig ausgeführten Schweißkonstruktion einer Gründungsstruktur – unabhängig von der Lage der Schnittstellen – nicht erforderlich sind.These findings, in conjunction with the reality that the weakest link in a chain determines the overall load of the chain, leads to a spectacular approach to the computational evidence to be compiled for an offshore foundation structure composed of multiple individual segments, since using link technology in accordance with the EP 0 775 863 B1 / EP 1 010 931 B1 demonstrably the basic construction represents the weakest component, which would fail, for example due to a not known or not considered load. Thus, it must be stipulated with the responsible monitoring institutions that, in addition to the calculation proofs of the idealized supporting structure, separate proofs of calculation for a one-piece welded construction of a foundation structure consisting of several assembly sections-irrespective of the position of the interfaces-are not required.

Die Schnittstellen der Gesamtstruktur können somit ohne aufwendige Berechnungsnachweise hinsichtlich einer optimalen Fertigung, Transport und Montage gewählt werden. Zusätzliche elastische und plastische Beulnachweise sind nicht erforderlich, da das Tragverhalten der zylindrischen Grundkonstruktionen hinsichtlich ihrem Beulverhalten durch die Bauteile der Verbindungsanordnungen positiv beeinflußt wird. Zugstreben in den Bauteilen der Verbindungsanordnungen verhindern eventuell auftretende Qualitäten während der Fertigung und des Transports. Sie sichern vor allem eine problemlose Montage.The Interfaces of the forest can thus be done without expensive Calculation evidence regarding optimal production, transport and mounting are chosen. Additional elastic and plastic buckling proofs are not required as the carrying behavior the cylindrical basic structures with regard to their buckling behavior is positively influenced by the components of the connection arrangements. To prevent tension struts in the components of the connection arrangements possibly occurring qualities during production and the transport. Above all, they ensure problem-free assembly.

Hinsichtlich dem Verfahren zur Montage einer aus mehreren Sektionen zusammengesetzten und über Verbindungsanordnungen miteinander kraft- und formschlüssig verspannten Gründungsstruktur ergeben sich grundlegende Vorteile gegenüber der derzeitigen Vorgehensweise. Durch die nun bedeutend leichteren und von den Abmessungen her relativ einfach zu transportierenden und zu montierenden Montageeinheiten stellt sich insgesamt eine günstigere Konstellation ein. So ist die Standortwahl für die Herstellung und das Verfrachten nicht an einen direkten Wasserzugang gebunden. Zudem sind leichtere Hebevorrichtungen zu nutzen, die auf einem oder mehreren der Schwimmkörper positioniert werden.Regarding the method for assembling a composite of several sections and about Connecting arrangements with each other positive and positive tense start-up structure result in fundamental Advantages over the current approach. By the now much lighter and relatively in terms of dimensions easy to transport and to mount mounting units Overall, a more favorable constellation arises. Such is the location choice for manufacturing and shipping not bound to direct water access. They are also lighter Lifting equipment to be used on one or more of the floating body be positioned.

Die Schwimmkörper sind entsprechend auszustatten (gegenwärtig bieten sich beispielsweise kostengünstig zu erwerbende Einhüllen-Tanker an, deren weltweiter Einsatz als Oel-Tanker beschränkt wurde). Die oberen Regionen können direkt als Transportfläche sowie als Montageplatz für Vormontagen genutzt werden. Zum Abgrenzen einer geschlossenen Meeresoberfläche sind mindestens drei Stück gelenkig miteinander zu verbinden, die Verbindungskonstruktionen sind entsprechend der auftretenden Belastung zu dimensionieren.The Floats are to be equipped accordingly (currently offer, for example, cost-effective to acquire Single-hull tankers whose worldwide use as oil tankers was limited). The upper regions can directly as a transport surface as well as a mounting place for Pre-assemblies are used. To delineate a closed sea surface are at least three pieces articulated to each other, the connection constructions are according to the occurring Dimension load.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 102005040674 [0002] - DE 102005040674 [0002]
  • - EP 0775863 B1 [0007, 0012] - EP 0775863 B1 [0007, 0012]
  • - EP 1010931 B1 [0007, 0012] - EP 1010931 B1 [0007, 0012]

Claims (6)

Offshore Gründungsstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass eine entsprechend der auftretenden Belastungen dimensionierte Baueinheit derart in Einzelsegmente zu trennen oder aus Einzelsegmenten herzustellen ist, so dass diese über Verbindungsanordnungen mittels reibschlüssig wirkenden keilförmigen Spannelementen kraft- und formschlüssig zu einer Montagesektion und mehrere dieser Montagesektionen ebenfalls über Verbindungsanordnungen mittels reibschlüssig wirkenden keilförmigen Spannelementen kraft- und formschlüssig zu einer Gesamtstruktur verspannbar sind.Offshore foundation structure, characterized in that according to the occurring loads dimensioned unit to be separated into individual segments or produce individual segments, so that these frictionally acting by means of frictionally acting wedge-shaped clamping elements via positive connections and form fit to a mounting section and several of these mounting sections also via connection arrangements frictionally acting wedge-shaped clamping elements frictionally and positively to a forest are braced. Offshore Gründungsstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass eine entsprechend der auftretenden Belastungen dimensionierte Baueinheit derart in Montagesektionen zu trennen oder herzustellen ist, so dass mehrere dieser Montagesektionen über Verbindungsanordnungen mittels reibschlüssig wirkenden keilförmigen Spannelementen kraft- und formschlüssig zu einer Gesamtstruktur verspannbar sind.Offshore foundation structure, characterized that dimensioned according to the occurring loads Separate assembly in such assembly sections or produce so that several of these mounting sections have connection arrangements by means of frictionally acting wedge-shaped clamping elements can be braced in a positive and positive manner to form a complete structure are. Verfahren zur Montage einer Offshore Gründungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Montagesektion von einem oder von mehreren Schwimmkörpern aus mittels geeigneter Hebevorrichtung nur soweit im Meer abzusenken ist, dass der jeweils oberhalb des Meeresspiegels verbleibende Bereich mit weiteren Einzelsegmenten oder mit einer weiteren Montagesektion über Verbindungsanordnungen mittels reibschlüssig wirkenden keilförmigen Spannelementen kraft- und formschlüssig verspannbar ist, dass mehrere der miteinander verspannten Montagesektionen bis zum Aufsetzen auf dem Meeresgrund absenkbar sind und dass der über dem Meeresspiegel dauerhaft herausragende Bereich mit weiteren Einzelsegmenten oder mit einer weiteren Montagesektion, mit einem weiteren Bauteil oder mit weiteren Bauteilen über Verbindungsanordnungen mittels reibschlüssig wirkenden keilförmigen Spannelementen kraft- und formschlüssig verspannbar oder auf einer anderen Weise zu verbinden ist.Method for assembling an offshore foundation structure according to one of claims 1 or 2, characterized, that a mounting section of one or more floats from lowering by means of suitable lifting device only in the sea is that the area above the sea level remains with further individual segments or with another mounting section via Connecting arrangements by means of friction acting wedge-shaped clamping elements positive and positive is clamped, that several of the clamped mounting sections can be lowered until touchdown on the seabed and that the permanently outstanding area above sea level with further individual segments or with another assembly section, with another component or with other components via connection arrangements by means of frictionally acting wedge-shaped clamping elements clamped in a positive and positive manner or in another way to connect. Verfahren zur Montage einer Offshore Gründungsstruktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Schwimmkörper im Meer so zu positionieren sind, dass gegenüber der offenen Meeresoberfläche eine abgegrenzte nahezu geschlossene Fläche gegeben ist, die mindestens der Größe der Aufstandsfläche der Gründungsstruktur auf dem Meeresboden entspricht.Method for assembling an offshore foundation structure according to claim 3, characterized in that at least three floats in the sea are to be positioned that opposite the open Sea surface a delimited almost closed surface given is at least the size of the footprint corresponds to the foundation structure on the seabed. Verfahren zur Montage einer Offshore Gründungsstruktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein variables Fluten der Schwimmkörper und dem somit erzeugten Tiefgang ein gegenüber der offenen Meeresoberfläche abgegrenzter beruhigter Arbeitsbereich der Meeresoberfläche sowohl zum problemlosen Erzeugen der jeweiligen kraft- und formschlüssigen Verbindungen als auch zum Versenken der jeweiligen Montagesektion gegeben ist.Method for assembling an offshore foundation structure according to claim 4, characterized in that by a variable Flooding of the floats and thus created draft more isolated from the open sea surface Calm work area of the sea surface both to easy generation of the respective non-positive and positive Connections as well as to sink the respective mounting section given is. Verfahren zur Montage einer Offshore Gründungsstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass ein über dem Meeresspiegel dauerhaft herausragender Bereich einer Gründungsstruktur mit weiteren Einzelsegmenten oder mit einer weiteren Montagesektion, mit einem weiteren Bauteil oder mit weiteren Bauteilen über Verbindungsanordnungen mittels reibschlüssig wirkenden keilförmigen Spannelementen kraft- und formschlüssig verspannbar ist.Method for assembling an offshore foundation structure, characterized in that one above sea level permanently outstanding area of a foundation structure with further single segments or with another mounting section, with another component or with other components over Connecting arrangements by means of friction acting wedge-shaped clamping elements positive and positive is clamped.
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