DE202008014974U1

DE202008014974U1 - Offshore Gründungsstruktur

Info

Publication number: DE202008014974U1
Application number: DE202008014974U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-11-04
Filing date: 2008-11-04
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2018-11-05
Also published as: DE102008055778A1

Abstract

Offshore Gründungsstruktur,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine entsprechend der auftretenden Belastungen dimensionierte Baueinheit in Einzelsegmente getrennt oder aus Einzelsegmenten hergestellt ist,
dass mehrere dieser Einzelsegmente über Verbindungsanordnungen mittels reibschlüssig wirkenden keilförmigen Spannelementen kraft- und formschlüssig zu Montagesektionen verspannt sind
und dass mehrere dieser Montagesektionen ebenfalls über Verbindungsanordnungen mittels reibschlüssig wirkenden keilförmigen Spannelementen kraft- und formschlüssig zu einer Gesamtstruktur verspannt sind.

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.
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.
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.
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.
Die Lösung der Aufgaben ist Gegenstand der kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche.
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.
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.
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 6 ½'' – 325 bar Rohrleitungsverbindung den Probedruck über die geforderte Druckprobe von p_Probe = 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.
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.
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.
Ergänzend zu den Testergebnissen sind Deckelverschlüsse an Erdgas-Kompressorgehäusen für Gasturbinen-Kompressoreinheiten ebenfalls hervorzuheben (d_D = 2060 mm/p_Probe = 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.
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.
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.
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.
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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

Claims

Offshore Gründungsstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass eine entsprechend der auftretenden Belastungen dimensionierte Baueinheit in Einzelsegmente getrennt oder aus Einzelsegmenten hergestellt ist, dass mehrere dieser Einzelsegmente über Verbindungsanordnungen mittels reibschlüssig wirkenden keilförmigen Spannelementen kraft- und formschlüssig zu Montagesektionen verspannt sind und dass mehrere dieser Montagesektionen ebenfalls über Verbindungsanordnungen mittels reibschlüssig wirkenden keilförmigen Spannelementen kraft- und formschlüssig zu einer Gesamtstruktur verspannt sind.
Offshore Gründungsstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass eine entsprechend der auftretenden Belastungen dimensionierte Baueinheit in Montagesektionen getrennt oder aus Montagesektionen hergestellt ist und dass mehrere dieser Montagesektionen über Verbindungsanordnungen mittels reibschlüssig wirkenden keilförmigen Spannelementen kraft- und formschlüssig zu einer Gesamtstruktur verspannt sind.