Морская платформа для ветрового электрогенератора
Изобретение относится к гидротехническим сооружениям, предназначенным для использования в качестве морских платформ под ветровые электрогенераторы в мелководных районах северных морей России с неразвитой инфраструктурой. Морская платформа, состоящая из металлического или железобетонного корпуса с наклонными бортами, сужающимися вниз, балластных цистерн, скрепленных с корпусом подъемно-спусковых механизмов в виде набора подвижных и неподвижных траверс и захватов, цилиндрических металлических свай-опор с заостренным нижним концом и отверстиями, в которые входят захваты подъемно-спускового механизма, цилиндрических элементов, скрепленных с корпусом, через которые проходят сваи-опоры, вышки для ветрового электрогенератора, и ветрового электрогенератора, изготавливается на заводе и транспортируется в полностью собранном виде по воде. По прибытии на место установки, сваи-опоры опускаются на дно, а морская платформа, используя самоподъемную способность, поднимается по сваям-опорам, одновременно заглубляя их в морское дно. Для увеличения силы, заглубляющей сваи-опоры, при нахождении корпуса в надводном положении, в часть балластных цистерн насосами нагнетается забортная вода, используемая в качестве балласта. После достижения расчетного заглубления свай-опор, морская платформа, с помощью подъемно-спусковых механизмов, опускается на дно и, при необходимости, дополнительно балластируется. Морская платформа обладает большим противостоянию ледовым нагрузкам благодаря совместному эффекту от снижения ледовых нагрузок, обеспечиваемому специальной формой корпуса, и увеличенному сопротивлению благодаря совместному действию веса платформы и свай-опор.
Полезная модель относится к гидротехническим сооружениям, устанавливаемым на мелководных участках шельфа замерзающих морей в районах с неразвитой инфраструктурой и используемым в качестве морских платформ под ветровые электрогенераторы.
Известна нефтедобывающая морская платформа, установленная в заливе Кука, состоящая из четырех опор-колонн диаметром около 5 м, через которые на глубину 27 м забиты сваи, обеспечивающие устойчивость платформы на морском дне. После забивки свай, на морскую платформу наводится верхнее строение, содержащее жилые и производственные помещения. (Доусон, Т. Проектирование сооружений морского шельфа, Перевод с английского, Судостроение, 1986. Стр.17, рис.1.7). Эту конструкцию трудно приспособить под морскую платформу для ветрового электрогенератора в районах с неразвитой инфраструктурой по следующим причинам:
- ледовые условия российского северного шельфа более суровые, чем в заливе Кука и держащей силы свай недостаточно для обеспечения устойчивости платформы на грунте,
- при воздействии льда опоры начинают вибрировать, что недопустимо при работе электрогенератора,
- строительство платформы производится в несколько этапов, что не технологично для удаленных районов с неразвитой инфраструктурой.
Известны самоподъемные платформы (Симаков Г.В., Шхинек К.Н., Смелов В.А., Марченко Д.В., Храпатый Н.Г "Морские гидротехнические платформы на континентальном шельфе", изд. Судостроение, 1989, стр.116-128), состоящие из корпуса, опор, снабженных башмаками, и подъемных механизмов, расположенных внутри корпуса, с помощью
которых корпус поднимается над уровнем воды на недосягаемую для волн высоту. Эти платформы не используются в ледовых условиях т.к. прочность опор недостаточна для сопротивления ледовым нагрузкам и опоры (и платформа) вибрируют при действии льда
Известна морская платформа(прототип) для северных районов, состоящая из прямоугольного корпуса и верхнего строения, содержащего вышки, жилые и производственные помещения. Металлический корпус, размером 102×102 м и массой 46000 т буксируется по воде и устанавливается на дно, после чего на него наводится верхнее строение и принимается балласт 62000 т. (Труды конференции RAO/CIS, С.Петербург, 2005 г, стр.41).
Эта морская платформа сопротивляется воздействию внешних нагрузок (в основном, ледовых) благодаря своему большому весу. Использование ее в качестве основания для ветрового электрогенератора в удаленных северных районах с неразвитой инфраструктурой затруднено и не экономично по следующим причинам:
- электрогенераторы устанавливаются вблизи берега на небольших глубинах. Вследствие большого веса, осадка традиционных гравитационных морских платформ (прототипа) велика и они не могут быть отбуксированы на мелководье. Снижение размеров и веса платформ этой конструкции в ледовых условиях невозможно вследствие недопустимого уменьшения уровня силы сопротивления внешним нагрузкам и возникновения проблем с обеспечением устойчивости сооружений на морском дне,
- транспортировка и установка этих морских платформ на морское дно требует наличия промежуточных, оборудованных техникой, портов и большого количества вспомогательной техники, отсутствующей в отдаленных районах с неразвитой инфраструктурой,
- поэтапный монтаж морских платформ, и особенно наведение верхнего строения, требующее большого количества буксиров, мощного кранового
оборудования и т.д., плохо осуществимо в районах с неразвитой инфраструктурой,
- размеры этих сооружений, определяемые требованиями создания сопротивления внешним нагрузкам, слишком велики для генераторов и не рациональны с экономической точки зрения.
Настоящая полезная модель направлена на решение задачи создания морских платформ для ветрового электрогенератора на мелководных участках шельфа замерзающих морей в районах с неразвитой инфраструктурой.
Морская платформа должна обладать повышенным сопротивлением волновым и ледовым нагрузкам, допускать упрощенный монтаж, и не требовать для установки и закрепления на морском дне дополнительного сваебойного оборудования и использования краново-монтажных судов, а так же допускать автономное снятие с морское дна по окончанию использования.
Техническим результатом полезной модели является значительная экономия средств, металлоемкости, трудозатрат и упрощение монтажа за счет:
- снижения ледовых нагрузок,
- увеличения сопротивления внешним нагрузкам,
- уменьшения размеров и веса платформы,
- отсутствия необходимости в использовании специальных краново-монтажных и судов и сваебойного оборудования,
- возможности автономного проведения работ по установке на морское дно и снятию с морского дна в районах с неразвитой инфраструктурой,
- быстрого обеспечения устойчивости платформы на морском дне, что важно в районах с тяжелыми ледовыми условиями.
Этот результат достигается тем, что в морской платформе для ветрового электрогенератора, устанавливаемой на дне мелководных участков района шельфа с неразвитой инфраструктурой, содержащей, в качестве основных
элементов, разделенный водонепроницаемыми переборками на балластные цистерны корпус из прочного материала, сопротивляющегося истирающему действию льда, подъемно-спусковые механизмы, включающие подвижные и неподвижные траверсы и захваты, цилиндрические металлические сваи-опоры с заостренным нижним концом и отверстиями, в которые входят захваты подъемно-спускового механизма, цилиндрические элементы, проходящие через корпус, в которых расположены сваи-опоры, вышку для ветрового электрогенератора и электрогенератора, борта корпуса выполнены наклонными, сужающимися вниз, и сваи-опоры скреплены с цилиндрическими элементами внутри корпуса. Для исключения применения специального сваебойного оборудования используют самоподъемную способность морской платформы и для увеличения усилия, заглубляющего сваи-опоры в грунт, в часть из балластных цистерн, при нахождении корпуса в надводном положении, дополнительно подают забортную воду. После достижения расчетного заглубления свай-опор, морская платформа, с помощью подъемно-спускового механизма опускается на дно и все балластные цистерны заполняются водой.
- Изменение характера взаимодействия льда с платформой по сравнению с прототипом происходит благодаря тому, что борта платформы выполнены наклонными. Известно, что ледовые нагрузки на наклонные борта меньше, чем на вертикальные. Дополнительные эффекты на мелководье достигаются тем, что борта сужаются вниз. В этом случае обломки льда, образующиеся в процессе его взаимодействия с платформой, скапливаются на морском дне, образуя со временем ледяной барьер, смерзающийся с дном, и воспринимающий на себя часть ледовой нагрузки. Таким образом, принятая форма бортов оказывает двоякое положительное влияние на значение ледовых нагрузок - уменьшая их и способствуя созданию ледового барьера.
- Увеличение устойчивости на грунте достигается тем, что сопротивление внешним нагрузкам обеспечивается, как силой веса платформы, так и сопротивлением свай-опор, погруженных в морское дно.
- Снижение ледовых нагрузок и увеличение противостояния им позволяет уменьшить вес, материалоемкость и осадку платформы, что снижает ее стоимость и повышает маневренность, что особенно важно при работе в мелководных районах шельфа, для которых морских морская платформа предназначена. Значительно упрощаются проблемы буксировки морской платформы, т.к. вследствие ее малой осадки не требуются глубоководные фарватеры или использование специальных дополнительных понтонов.
- Автономная система погружения свай-опор в морское дно упрощает монтаж, позволяет отказаться от использования сложного сваебойного оборудования и специальных судов, сократить трудозатраты и время, необходимое для обеспечения устойчивости платформы на морском дне.
- Проблема эвакуации платформы и выдергивания свай-опор так же не требует дополнительного оборудования и достигается за счет совместного эффекта дебалластирования платформы и работы подъемно-спусковых механизмов. Это также существенно при возникновении форс-мажорных обстоятельств, т.к. в районах с неразвитой инфраструктурой помощи ждать не откуда
На фигуре показана предлагаемая морская платформа и процесс ее установки на морское дно. Морская платформа состоит из корпуса 1 с наклонными, сужающимися вниз бортами из прочного материала, сопротивляющегося истиранию, скрепленных с корпусом 1 балластных цистерн 2, заполняемых водяным балластом 8, подъемно-спусковых механизмов 3 в виде набора подвижных и неподвижных траверс и захватов, цилиндрических металлических свай-опор 4 с заостренным нижним концом и отверстиями 5, в которые входят захваты подъемно-спускового механизма 3, цилиндрических элементов 9, вмещающих сваи-опоры, проходящих через корпус и обеспечивающих дополнительную
связь свай-опор 4 с корпусом 1, вышки для ветрового электрогенератора 6 и ветрового электрогенератора 7. Морская платформа буксируется на плаву по воде 10 в полностью собранном виде с последующей установкой на морское дно 11.
Основные процессы, связанные с монтажом морской платформы производятся в следующем порядке. Платформа изготавливается и монтируется в заводских условиях в районах с развитой инфраструктурой и транспортируется на плаву буксирами к месту установки на мелководье в полностью собранном виде с законсервированным электрогенератором 7 и поднятыми сваями-опорами 4, расположенными в цилиндрических элементах 9 и закрепленными в них с помощью захватов (на рисунке не показаны), проходящих через отверстия в сваях-опорах 5. По прибытии на место установки (фигура, поз а) она раскрепляется на якорях (на фигуре не показаны), после чего сваи-опоры 4 освобождаются от захватов, скрепляющих их с цилиндрическими элементами 9 и, с помощью подъемно-спусковых механизмов 3, опускаются на морское дно 10, а морская платформа, поднимается по сваям-опорам 4. По мере выхода морской платформы из воды 10, уменьшается выталкивающая сила воды и разность между весом морской платформы и выталкивающей силой используется для заглубления свай-опор 4 в морское дно 11. Для увеличения силы, заглубляющей сваи-опоры 4, при положении корпуса в надводном положении, в часть балластных цистерн 2 насосами (на рисунке не показаны) нагнетается забортная вода 10, используемая в качестве балласта 8 (фигура, поз б). После достижения расчетного заглубления свай-опор 4, морская платформа, с помощью подъемно-спусковых механизмов 3, опускается на морское дно 11, окончательно балластируется водой 10 (фигура, поз в), а сваи-опоры 4 скрепляются с цилиндрическими элементами 9. После этого ветровой электрогенератор 7 расконсервируется и может приступать к работе.
Снятие с места работы, после окончания срока эксплуатации, происходит в обратном порядке: морская платформа дебалластируется, создавая выдергивающую силу, а затем сваи-опоры 4 отсоединяются от цилиндрических элементов 9 и выдергиваются благодаря работе подъемно-спусковых механизмов 3.
Преимуществом платформы является:
- Повышенное противостояние внешним нагрузкам за счет того, что с одной стороны ледовые нагрузки снижаются за счет наклонности бортов и образования ледового барьера, а с другой увеличивается сила сопротивления за счет того, что нагрузки воспринимаются как силой тяжести морской платформы, так и сваями-опорами. Это позволяет уменьшить вес, размеры и осадку платформы, а так же облегчает маневрирование на мелководье;
- благодаря меньшей осадке, морская платформа может быть установлена недалеко от берега, что с одной стороны уменьшает нагрузки от волн и льда, а с другой облегчает передачу энергии береговым объектам;
- установка платформы на морское дно не требует использования краново-монтажных судов, судов с забивными молотами и прочего вспомогательного оборудования, доставляемого на судах. То-есть установка на место может производиться полностью автономно, что важно для работ в неосвоенных районах;
- снятие с места работы, по окончании срока эксплуатации, производится так же автономно с использованием подъемно-спускового оборудования, применяемого для заглубления свай-опор.
1. Морская платформа для ветрового электрогенератора, устанавливаемая на дне мелководных участков районов шельфа с неразвитой инфраструктурой, содержащая разделенный водонепроницаемыми переборками на балластные цистерны корпус из прочного материала, сопротивляющегося истиранию, подъемно-спусковые механизмы, включающие подвижные и неподвижные траверсы и захваты, цилиндрические сваи-опоры с отверстиями, в которые входят захваты подъемно-спусковых механизмов, цилиндрические элементы, проходящие через корпус, в которых расположены сваи-опоры, вышку для ветрового электрогенератора и электрогенератор, отличающаяся тем, что борта корпуса выполнены наклонными, сужающимися вниз, сваи-опоры скреплены с цилиндрическими элементами внутри корпуса, при этом для исключения применения специального сваебойного оборудования используют самоподъемную способность морской платформы и, для увеличения усилия, заглубляющего сваи-опоры в грунт, при нахождении корпуса в надводном положении, в часть из балластных цистерн дополнительно подают забортную воду, после достижения расчетного заглубления свай-опор, морская платформа, с помощью подъемно-спусковых механизмов, опускается на дно и все балластные цистерны заполняются водой.
2. Морская платформа по п.1, отличающаяся тем, что сваи-опоры выполнены с заостренным нижним концом.
