BE1021469B1 - Inrichting en werkwijze voor het assembleren van een bouwwerk op zee - Google Patents

Abstract

De uitvinding betreft een inrichting voor het op zee assembleren van een uit onderdelen opgebouwd bouwwerk, in het bijzonder een windturbine. De inrichting omvat een op een vaartuig geplaatst hefmiddel voor het plaatsen van een onderdeel op een in zee aanwezige steunstructuur, waarbij een giek van het hefmiddel is voorzien van een hefkabel met bevestigingsmiddel, zoals een hijstakel, voor het losmaakbaar bevestigen van het te heffen onderdeel aan de giek, de giek verder een leidinrichting omvat voor het bevestigingsmiddel, de leidinrichting middels een verplaatsingsinrichting verplaatsbaar langs een lengteas van de giek is verbonden met de giek en de leidinrichting is ingericht om beweging van het bevestigingsmiddel in tenminste één richting te beperken. De uitvinding betreft eveneens een werkwijze die gebruik maakt van de uitgevonden inrichting.

Description

Inrichting en werkwijze voor het assembleren van een bouwwerk op zee

De uitvinding betreft een inrichting voor het assembleren van een bouwwerk op zee. De uitvinding betreft eveneens een werkwijze voor het assembleren van een bouwwerk op zee. De uitvinding betreft in het bijzonder een inrichting en werkwijze voor het assembleren van een windturbine op zee.

Het aantal bouwwerken dat op zee wordt gebouwd, onderhouden en/of gerepareerd is groeiende. Een typisch voorbeeld betreft een offshore windturbine, die een op een mast geplaatste gondel (ook wel aangeduid met nacelle) omvat, die de behuizing vormt voor elektromechanische apparatuur, zoals een stroomgenerator. De gondel is voorts voorzien van een naaf (ook wel aangeduid met hub), waarop een aantal rotorbladen is aangebracht. De rotorbladen zetten de bewegingsenergie van de wind om in een draaiende beweging van de as van de gondel, die door de stroomgenerator wordt omgezet in elektrische energie.

Voor het assembleren van dergelijke grote bouwwerken op zee worden volgens de stand der techniek de onderdelen vanaf het vaartuig gemanipuleerd door een op het vaartuig geplaatste hijskraan en op een in zee reeds aanwezige steunstructuur voor het bouwwerk geplaatst. In het geval van een windturbine kan de steunstructuur bijvoorbeeld een op een geschikte fundering geplaatste mast omvatten.

Het heffen en plaatsen van grote en zware onderdelen op zee wordt gehinderd door windbelasting. Doordat onderdelen als windturbinebladen sterk onderhevig zijn aan windbelasting, kunnen gehesen onderdelen aan grote en onvoorziene bewegingen worden blootgesteld ten opzichte van de steunstructuur of ten opzichte van reeds geïnstalleerde onderdelen, wat de assemblage sterk bemoeilijkt of zelfs onmogelijk maakt.

Een doel van onderhavige uitvinding is een inrichting te verschaffen waarmee onderdelen van grote structuren op zee kunnen worden geassembleerd en geplaatst, in het bijzonder windturbines, op minder windgevoelige wijze.

Dit doel wordt bereikt door een inrichting met de kenmerken volgens conclusie 1. Een inrichting volgens de uitvinding voor het op zee assembleren van een uit onderdelen opgebouwd bouwwerk, in het bijzonder een windturbine, omvat een op een vaartuig geplaatst hefmiddel voor het plaatsen van een onderdeel op een in zee aanwezige steunstructuur, waarbij een giek van het helmiddel is voorzien van een heikabel met bevestigingsmiddel, zoals een hijstakel, voor het losmaakbaar bevestigen van het te heffen onderdeel aan de giek, waarbij de giek verder een leidinrichting omvat voor het bevestigingsmiddel, de leidinrichting middels een verplaatsingsinrichting verplaatsbaar langs een lengteas van de giek is verbonden met de giek, en de leidinrichting is ingericht om beweging van het bevestigingsmiddel in tenminste één richting te beperken. Het heffen van een aan een hefkabel hangend onderdeel is windgevoelig. Door gebruik te maken van de leidinrichting wordt de beweging van het bevestigingsmiddel beperkt, tenminste tijdens een gedeelte van het heffen en zakken, op het ogenblik dat componenten gekoppeld worden voor montage. Hierdoor worden ongewenste bewegingen van het onderdeel eveneens beperkt en kan op efficiëntere en veiliger wijze een groot bouwwerk op zee worden geassembleerd.

Een verder voordeel van de uitgevonden inrichting is dat deze toelaat om in beduidend ongunstige omstandigheden te werken, daar waar de bekende inrichting slechts tot bepaalde windsnelheden kan worden ingezet. Hierdoor kan de assemblagetijd van een bouwwerk op zee gevoelig verminderen. De leidinrichting kan eenvoudig worden verplaatst langs de lengteas van de giek, bijvoorbeeld weg van het bevestigingsmiddel, waardoor het hefmiddel kan werken als een in de stand der techniek bekend hefmiddel. Door het bevestigingsmiddel vrij te maken blijft de bereikbaarheid van door het hefmiddel op te nemen onderdelen vanaf het dek van het vaartuig onverminderd goed.

In een uitvoeringsvorm van de uitvinding omvat de leidinrichting een kleminrichting voor het bevestigingsmiddel waardoor beweging van het bevestigingsmiddel ten opzichte van de leidinrichting in hoofdzaak wordt verhinderd. Deze uitvoeringsvorm heeft als voordeel dat de windgevoeligheid van het heffen verder wordt verminderd.

Een andere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat de leidinrichting een frame van onderling verbonden balken omvat waarvan tenminste twee balken zich vanaf de giek in de richting van het bevestigingsmiddel uitstrekken en het bevestigingsmiddel althans gedeeltelijk omsluiten. De tenminste twee balken kunnen bijvoorbeeld zijn verbonden met een in een dwarsrichting van de giek verlopende basisbalk. De twee balken verlopen aan weerszijden van het bevestigingsmiddel en beperken derhalve de beweging van het bevestigingsmiddel in een dwars op de balken verlopende richting. Deze uitvoeringsvorm heeft als voordeel dat bewegingen van het bevestigingsmiddel in andere richtingen, bijvoorbeeld in een hefrichting, nagenoeg niet worden belemmerd.

De tenminste twee balken strekken zich in een uitvoeringsvorm in hoofdzaak loodrecht op de lengteas van de giek uit, omdat zij op deze wijze de grootste afstand vanaf de giek bestrijken. Hoewel deze afstand in beginsel niet is begrensd heeft een praktische uitvoeringsvorm het kenmerk dat de tenminste twee balken zich over een loodrechte afstand van ten hoogste twee maal de giekbreedte uitstrekken vanaf de giek. Bij voorkeur bedraagt deze afstand niet meer dan 1,5 keer de giekbreedte. Met de giekbreedte wordt de loodrecht op de lengteas van de giek en loodrecht op de richting van de balken verlopende dwarsafmeting van de giek aangeduid.

Een uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt gekenmerkt doordat de kleminrichting wordt gevormd door tenminste één klembalk die aan de tenminste één balk is bevestigd en die naar het bevestigingsmiddel verplaatsbaar is tot klemming. Deze uitvoeringsvorm verschaft een bedrijfszekere kleminrichting voor het bevestigingsmiddel. Een nauwkeurige bediening van de kleminrichting wordt verschaft door een uitvoeringsvorm waarin deze lineaire verplaatsingmiddelen omvat voor de verplaatsing van de klembalk(en). Geschikte lineaire verplaatsingsmiddelen omvatten bijvoorbeeld hydraulische cilinders die zijn verbonden met een uiteinde van één of meerdere, om een as roteerbare jukken, die op hun beurt aan een ander uiteinde zijn bevestigd aan een klembalk. Door de hydraulische cilinders een uitslag te geven worden de jukken geroteerd rond hun as waardoor de met de klembalk bevestigde jukuiteinden worden verplaatst en de klembalk naar het bevestigingsmiddel wordt bewogen.

Volgens de uitvinding is de leidinrichting door middel van een verplaatsingsinrichting langs de langsas van de giek verplaatsbaar. Een uitvoeringsvorm van de inrichting heeft het kenmerk dat de verplaatsingsinrichting aan de leidinrichting en de giek voorziene eerste en tweede samenwerkende geleidingsmiddelen omvat. In een voordelige uitvoeringsvorm omvatten de eerste geleidingsmiddelen een wielenpaar en de tweede geleidingsmiddelen een T-balk, waarbij het wielenpaar een flens van de T-balk omvat. Deze uitvoeringsvorm verschaft een soepele verplaatsing langs de giek waarbij het wielenpaar er voor zorgt dat de leidinrichting zich niet kan verwijderen van de giek, noch in de richting van giek, noch in een richting weg van de giek, noch in de richting dwars op de giek.

Een bijzonder voordelige uitvoeringsvorm van de inrichting heeft het kenmerk dat de verplaatsingsinrichting is ingericht zodat de leidinrichting de verplaatsing van het bevestigingsmiddel volgt in geval het bevestigingsmiddel wordt opgetrokken of neergelaten. Dit wordt met voorkeur bewerkstelligd door een uitvoeringsvorm waarin de verplaatsingsinrichting een aan de leidinrichting bevestigde trekkabel omvat die door een constante trekkrachtlier wordt bediend zodat de trekkracht in de trekkabel in hoofüzaak constant blijft, bij voorkeur op een zodanige wijze dat de leidinrichting met een geringe verticale kracht op het bevestigingsmiddel rust. Hiertoe is het bevestigingsmiddel uitgerust met een loopwiel aan iedere zijde waarop de leidinrichting rust.

Een andere uitvoeringsvorm verschaft een inrichting waarvan de leidinrichting hulpinrichtingen omvat, bij voorkeur een geleidingslier (tuggerlier) met leidkabel en/of een vermogensbron. Deze uitvoeringsvorm verschaft een leidinrichting die autonoom kan functioneren en die desgewenst enkel aangesloten dient te worden op een op zich bekend hefmiddel. Met de leidkabel (tugger kabel) kan een gehesen onderdeel worden aangegrepen en gemanipuleerd om een nog nauwkeuriger positionering ervan mogelijk te maken. De leidkabel wordt door middel van de aanwezige tuggerlier aangetrokken of gevierd. In een praktische uitvoeringsvorm wordt de tuggerkabel langs een aan het frame van de leidinrichting verbonden dwarsbalk geleid door middel van op de dwarsbalk bevestigde katrollen.

Een andere uitvoeringsvorm verschaft een inrichting waarvan het bevestigingsmiddel middels een starre of soepele verbinding is verbonden met een bevestigingsstructuur waaraan een onderdeel losmaakbaar kan worden bevestigd. Deze uitvoeringsvorm heeft als voordeel dat de bevestigingstructuur kan worden gekozen in afhankelijkheid van het te heffen onderdeel. Vanwege een nauwkeuriger positionering heeft een uitvoeringsvorm waarin het bevestigingsmiddel middels een starre verbinding is verbonden met de bevestigingsstructuur de voorkeur.

Het heeft hierbij verdere voordelen een uitvoeringsvorm van de inrichting te kenmerken doordat de starre verbinding en/of de bevestigingsstructuur middelen omvat voor het in 3 dimensies verplaatsen en/of roteren van respectievelijk de bevestigingsstructuur en/of delen van de bevestigingsstructuur. Deze uitvoeringsvorm heeft als voordeel dat het onderdeel nadat dit door het hefmiddel in de buurt van de gewenste installatiepositie is gebracht nauwkeurig kan worden verplaatst en gedraaid om een rotatieas, teneinde het onderdeel nauwkeurig naar de installatiepositie te voeren. In het geval van een windturbineblad bijvoorbeeld geeft deze eigenschap de mogelijkheid het blad aan een naaf te bevestigen, ook wanneer de bladbevestiging van de naaf een van nul verschillende hoek maakt met de horizontale. Door precieze verplaatsingen van de bevestigingsstructuur kan een blad gemonteerd worden zonder bijkomende bewegingen van het hefmiddel.

In een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding omvat de bevestigingsstructuur een juk. Het juk geeft bijvoorbeeld bij het heffen van een windturbineblad de gewenste breedte aan het bevestigingsmiddel waardoor kanteling van het windturbineblad wordt voorkomen. Een voorkeursuitvoeringsvorm heeft hierbij het kenmerk dat de bevestigingsstructuur een bladjuk omvat.

Een bijzonder voordelige uitvoeringsvorm van de uitvinding verschaft een inrichting waarvan de bevestigingsstructuur een oriënteerbare rotorblad spreader omvat. De rotorblad spreader is een langwerpige structuur met een langsrichting, een dwarsrichting, en een verticale richting die in de onderhavige uitvoeringsvorm overeenkomt met de hefrichting. De spreader is voorzien van middelen om de spreader te roteren rond een langsas en een dwarsas, en te zwenken rond een verticale as, bijvoorbeeld middels een motorisch aangedreven rondsel. Daarnaast is de lengte in de langsrichting van de spreader bij voorkeur telescopisch aanpasbaar. Zo kan deze worden aangepast aan de lengte van het aangrijpgedeelte van een langwerpig onderdeel, zoals een windturbineblad bijvoorbeeld. Het heeft ook voordelen wanneer de spreader is voorzien van een mechanisme om het rotorblad in de langsrichting te kunnen verschuiven. Hiermee kan het zwaartepunt instelbaar gemaakt worden en kunnen de bevestigingsbouten van een rotorblad bij montage via een translatie in de corresponderende gaten in de naaf geschoven worden zonder bijkomende hefmiddel verplaatsing . De spreader is verder voorzien van aangrijpmiddelen in de vorm van bijvoorbeeld grijparmen, draagriemen, klemmechanismen en dergelijke om het onderdeel vast te kunnen nemen.

Een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat de bevestigingsstructuur een grijper omvat. In een andere uitvoeringsvorm omvat de bevestigingsstructuur draagriemen voor het omvatten van een onderdeel, in het bijzonder een windturbineblad. De draagriemen worden om een dwarsdoorsnede van het blad geslagen en voorkomen verflaag- en andere beschadigingen aan het blad.

De inrichting volgens de uitvinding is in het bijzonder geschikt voor het manipuleren van onderdelen die een mast, een rotorblad en/of een gondel van een windturbine omvatten. De uitgevonden inrichting maakt het mogelijk offshore windmolens te monteren tot windsnelheden van 12m/s en meer, daar waar met de bekende inrichting de mast en gondel gemonteerd kunnen worden tot windsnelheden van lOm/s, een volledige rotor (een naaf waarop 3 bladen zijn gemonteerd) tot 9m/s, een gondel met naaf en 2 voorgemonteerde bladen (de zogenaamde bunny ear methode) tot ongeveer 9m/s en individuele rotorbladen tot 8 m/s. Het vaartuig omvat bij voorkeur een jack-up platform.

De uitvinding betreft eveneens een werkwijze voor het assembleren van een groot bouwwerk op zee, in het bijzonder een windturbine, met gebruikmaking van de inrichting volgens de uitvinding. De werkwijze omvat het verschaffen op een vaartuig van een inrichting volgens de uitvinding, en het met behulp van het hefmiddel plaatsen van de onderdelen op een in zee aanwezige steunstructuur, waarbij de beweging van het bevestigingsmiddel tijdelijk in tenminste één richting wordt beperkt door de leidinrichting middels de verplaatsingsinrichting langs de lengteas van de giek te verplaatsen tot ter hoogte van het bevestigingsmiddel. Door gebruik te maken van de inrichting volgens de uitvinding kan een onderdeel, in het bijzonder een windturbineblad, onder winderige omstandigheden worden bevestigd aan een steunstructuur op zee. Omgekeerd verschaft de inrichting mogelijkheden voor een nieuwe werkwijze voor het demonteren van een bouwwerk op zee, in het bijzonder de onderdelen van een windturbine.

Een uitvoeringsvorm van de uitgevonden werkwijze heeft het kenmerk dat de beweging van het bevestigingsmiddel ten opzichte van de leidinrichting in hoofdzaak wordt verhinderd door het bevestigingsmiddel in te klemmen in de kleminrichting.

Een andere uitvoeringsvorm omvat een werkwijze waarin de leidinrichting middels een eraan bevestigde trekkabel met een in hoofdzaak constante trekkracht passief langs de lengteas van de giek wordt verplaatst door het heffen of zakken van het bevestigingsmiddel. De leidinrichting rust hierbij met een gering gewicht op wielen aan iedere zijde van het bevestigingsmiddel.

Een bijzonder geschikte uitvoeringsvorm omvat de stappen van: a) het met het bevestigingsmiddel of de bevestigingsstructuur opnemen van een onderdeel; b) het omhoog kantelen van de giek totdat deze dusdanig steil verloopt dat het bevestigingsmiddel binnen het bereik van de leidinrichting komt; c) het langs de lengteas van de giek verplaatsen van de leidinrichting tot deze op de wielen van het bevestigingsmiddel rust, waarbij de hijslier van de leidinrichting vervolgens wordt omgeschakeld naar constante trekkracht werking; d) het zwenken van de giek tot in de nabijheid van de gewenste assemblagepositie; e) het vastklemmen van het bevestigingsmiddel met de leidinrichting; f) het kantelen van de giek totdat het onderdeel zich in de gewenste assemblagepositie bevindt; g) het geheel of gedeeltelijk ontklemmen van het bevestigingsmiddel; en h) het neerlaten van het onderdeel tot in de gewenste assemblagepositie.

Wanneer de kleminrichting actief is worden verplaatsingen van de giek voor het corrigeren van het bereik evenals het zakken van de hijstakel voor het neerzetten van mast of gondel bij voorkeur beperkt tot ongeveer 500 mm. Bij grotere verplaatsingen kunnen ongewenst grote, bij benadering horizontale krachten op de leidinrichting ontstaan, omdat de hijsdraden van de takel uit de verticale stand getrokken worden.

Wanneer toch grotere verplaatsingen gewenst zouden zijn, kan de klemkracht van de leidinrichting zodanig verminderd worden dat de klemming wel voldoende groot is om windstoten op te vangen, doch kleiner dan de krachten die ontstaan door horizontale of verticale bewegingen van meer dan 500 mm. Dit is te bereiken door een gedeeltelijke ontklemming.

In nog een uitvoeringsvorm van de werkwijze overeenkomstig de uitvinding omvat het in stap h) neerlaten van het onderdeel tot in de gewenste assemblagepositie het in 3 dimensies verplaatsen en/of roteren van de bevestigingsstructuur en/of delen van de bevestigingsstructuur omvat. Hiermee kan het onderdeel nauwkeuriger worden gepositioneerd.

De uitvinding zal nu in meer detail worden toegelicht onder verwijzing naar de bijgevoegde figuren, zonder hiertoe overigens te worden beperkt. In de figuren toont: Fig. 1A-1B schematische zijaanzichten van een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding in verschillende toestanden;

Fig. 2A, 2B en 2C respectievelijk een schematisch bovenzijaanzicht, zijaanzicht en vooraanzicht van een uitvoeringsvorm van een leidinrichting volgens de uitvinding;

Fig. 3A en 3B respectievelijk een schematisch zijaanzicht en vooraanzicht van een andere uitvoeringsvorm van een leidinrichting volgens de uitvinding;

Fig. 4A, 4B en 4C respectievelijk een schematisch bovenzijaanzicht, zijaanzicht en vooraanzicht van nog een uitvoeringsvorm van een leidinrichting volgens de uitvinding; Fig. 5A en 5B respectievelijk een schematisch zijaanzicht en vooraanzicht van nog een andere uitvoeringsvorm van een leidinrichting volgens de uitvinding; en tenslotte Fig. 6 een schematisch zijaanzicht van nog een andere uitvoeringsvorm van een leidinrichting volgens de uitvinding.

Figuur 1 toont een zijaanzicht van verschillende toestanden van een inrichting 1 volgens de uitvinding. De getoonde uitvoeringsvorm is ingericht voor het op zee assembleren van een windturbine op een steunstructuur in de vorm van een jacket 3. Het zal duidelijk zijn dat de uitvinding niet is beperkt tot een steunstructuur in de vorm van een jacket, en eender welke andere fundatie kan worden toegepast. Bij eerder geringe waterdiepte bijvoorbeeld kunnen geheide palen (monopiles) met een zogenaamde ‘Hransition piece” - een nabij de waterlijn gelegen ronde overgangsstructuur van monopile naar de mastbevestiging - worden toegepast. Bij geringe waterdiepte kunnen ook “gravity based foundations” worden toegepast. Bij grotere waterdiepte of grotere windturbines worden naast jackets ook zogenaamde Tripods en Tripiles toegepast. De te plaatsen onderdelen van de windturbine omvatten de windturbine mast 2, de gondel 21, die in figuren 1A-1B in verschillende posities is weergegeven, en/of de rotorbladen 22 van de windturbine. De inrichting 1 omvat een op een vaartuig 4 geplaatst hefmiddel 5, bij voorkeur een hijskraan, waarvan een giek 6 is voorzien van een heikabel 7 waaraan een bevestigingsmiddel, zoals een hijstakel 8, is aangebracht, en waaraan een te heffen onderdeel losmaakbaar kan worden bevestigd. De giek 6 is rond een vast uiteinde 6a schamierbaar verbonden met een hefmiddel platform 50a, dat op zijn beurt rond een rotatieas 51 roteerbaar is rond een platform fundatie 50b. De giek 6 kan op bekende wijze rond het scharnierpunt 6a worden opgetopt, d.w.z. omhoog gehaald worden, en worden afgetopt, d.w.z. neergelaten worden. In figuren IA - 1B is de hijstakel 8 eveneens in verschillende posities weergegeven en betreft het te heffen onderdeel een gondel 21. Het vaartuig 4 omvat een jack-up offshore platform dat is voorzien van verankeringpalen 40 die een werkdek 41 ondersteunen. De verankeringpalen 40 zijn in verticale richting beweegbaar tot op de zeebodem en de hoogtestand van het werkdek 41 ten opzichte van het watemiveau kan worden gewijzigd door het werkdek 41 relatief ten opzichte van de palen 40 te verschuiven door middel van (hydraulische) vijzels of een tandheugel-rondsel aandrijfsysteem. Het werkdek 41 is desgewenst van opslagplaatsen voorzien voor de te heffen en te positioneren onderdelen. Om de werkwijze volgens de uitvinding uit te kunnen voeren wordt het vaartuig 4 aangemeerd in de onmiddellijke nabijheid van de in zee aanwezige steunstructuur 3, en in ieder geval dusdanig dat de steunstructuur 3 zich in het bereik van het helmiddel 5 bevindt met de giek 6 in a'fgetopte toestand.

Volgens de uitvinding omvat de giek 6 een leidinrichting 10 voor de hijstakel 8, waarmee de beweging van de hijstakel 8 in tenminste één richting 61 kan worden beperkt. Deze beperkingsrichting 61 zal doorgaans een dwars op de lengteas 60 van de giek 6 verlopende richting zijn, maar dit is niet noodzakelijk. Volgens figuur 2a omvat de hijstakel 8 doorgaans een schijfhuis 80 en een hijshaak 81. De hijstakel 8 is aan beide zijden voorzien van wielen 80a en 80b waarop leidinrichting 10 met geringe kracht kan rusten. Doordat de leidinrichting 10 met een relatief laag gewicht op de wielen (80a, 80b) van de hijstakel 8 rust, zal de leidinrichting 10 op een in hoofdzaak passieve wijze de hijstakel 8 volgen. Voor het opvangen van het relatief lage gewicht zorgt een (niet getoonde) hijslier van leidinrichting 10, waarbij deze bij voorkeur via een zogenaamde constante trekkracht bedrijfsmode wordt ingesteld. Het grootste deel van het gewicht wordt door de trekkracht in de hijsdraad van de leidinrichting 10 opgenomen. De wielen (80a, 80b) van de hijstakel 8 zorgen ervoor dat dit hijstakel 8 in langsrichting (de richting van balken 101a, 101b) nagenoeg geen weerstandskrachten ondervindt en dus verticaal onder de hijsschijven bovenaan de giek 6 blijft hangen.

Een uitvoeringsvorm van een leidinrichting 10 wordt in meer detail getoond in figuren 2A, 2B en 2C. De getoonde leidinrichting 10 omvat een frame van onderling verbonden balken, waarvan tenminste twee balken (101a, 101b) zich vanaf een rechthoekig basisframe gevormd door 2 dwarsbalken (103 a, 103b) en twee verticale balken (104a, 104b) vanaf de giek 6 in de richting van de hijstakel 8 uitstrekken, en dit in hoofdzaak loodrecht op de lengteas 60 van de giek 6. Het frame wordt verder verstevigd door twee schuine balken (102a, 102b) en twee schuine balken (102a’, 102b’). De lengte van de balken (101a, 101b) is dusdanig dat zij de hijstakel 8, en in het bijzonder het schijfhuis 80 ervan, althans gedeeltelijk omsluiten. De positie van de hijstakel 8 tussen de balken (101a, 101b) hangt af van de mate waarin de giek is opgetopt en van de hoogte van hijstakel 8. Omdat de hijstakel 8 is opgehangen aan de heikabel 7 zal de in figuur 2A getoonde linkerpositie A van het schijfhuis 80 doorgaans worden bereikt door de giek 6 op te toppen, zodanig dat de reikwijdte van hijstakel overeenstemt met de centerlijn van fundatie 3 van de turbinemast en de hijshoogte van hijstakel 8 overeenstemt met de hoogste vereiste hijshoogte van een windturbine onderdeel. De rechterpositie B doorgaans zal worden bereikt bij dezelfde giekpositie, maar met een lagere vereiste hijshoogte van windturbine onderdelen, dus in het geval van windturbines met kortere mast. De twee balken (101a, 101b) strekken zich bij voorkeur over een loodrechte afstand 62 vanaf de giek 6 uit van ten hoogste twee maal de giekbreedte 63 om voldoende stijfheid te bieden. De leidinrichting 10 is verder voorzien van een kleminrichting voor de hijstakel 8 in de vorm van een klembalk 105 die met jukken 106 aan een balk (101a of 101b) is bevestigd en die naar de hijstakel 8 verplaatsbaar is tot klemming. De verplaatsing van de klembalk 105 kan bijvoorbeeld gebeuren door de lineaire verplaatsingmiddelen in de vorm van een op het basisframe aangebrachte hydraulische cilinder 107 die één van de jukken 106 aanstuurt. Door de klembalk 105 met de hydraulische cilinder 107 klemmend tot tegen de hijstakel 8, meer bepaald tot tegen het schijthuis 80, aan te drukken wordt beweging van de hijstakel 80 ten opzichte van de leidinrichting 10 in hoofdzaak verhinderd. De hijstakel 8 wordt aldus ten opzichte van de leidinrichting 10, en dus ook ten opzichte van de giek 6, geïmmobiliseerd. Hierdoor kan een met de hijstakel 8 verbonden onderdeel met grotere nauwkeurigheid worden gepositioneerd, ook bij harde wind. Voordeel is dat een op zich bekend hefmiddel 5 in de vorm van een hijskraan met giek 6 kan worden ingezet, en dat de immobilisatie van de aangrijping met een onderdeel op elk moment kan worden opgeheven.

De leidinrichting 10 is middels een verplaatsingsinrichting (108,109, trekkabel, hijsschijf en lier) verplaatsbaar langs de lengteas 60 met de giek 6 verbonden. De leidinrichting 10 en de giek 6 zijn hiertoe voorzien van eerste en tweede samenwerkende geleidingsmiddelen (108, 109), die tezamen met een aan de leidinrichting 10 bevestigde (niet getoonde) trekkabel, hijsschijf en lier de verplaatsingsinrichting vormen. De eerste geleidingsmiddelen omvatten op het basisframe (103, 104) aangebrachte wielensets 108, en de tweede geleidingsmiddelen met de naar de leidinginrichting 10 gekeerde zijde van de giek 6 verbonden T-balken 109. Elk wielenpaar 108 omvat de flens van een overeenkomstige T-balk 109, waarbij wielen van een wielenset 108 zich aan weerszijden van de flens bevinden en hierover rollen. In het bijzonder is elk wielset voorzien van een wiel dat op de flens 109’ van het op de giekkoker voorziene T-profïel 109 loopt voor het opnemen van drukkrachten, en twee loopwielen die aan de andere zijde tegen de flens 109’ van het T-profïel 109 lopen voor het opnemen van trekkrachten. Aan één kant van de giek zijn er desgewenst nog dwarsrollen voorzien die op de kopse kant van de flens 109’ van het T-profiel 109 lopen om de leidinrichting 10 in dwarsrichting op de rails te houden. Afhankelijk van de wielbelasting kunnen wielen eventueel vervangen worden door boggies met dubbel wiel. Het is uiteraard mogelijk andere wijzen van verplaatsbaarheid langs de giek 6 te bereiken.

De aan de leidinrichting 10 bevestigde (niet getoonde) trekkabel wordt bij voorkeur door een (niet getoonde) constante trekkrachtlier bediend zodat de trekkracht in de trekkabel in hoofdzaak constant blijft, en op een doorgaans relatief geringe waarde wordt gehouden in de situatie dat de leidinrichting actief is en met geringe kracht op de wielen van hijstakel 8 rust. De constante trekkrachtlier bevindt zich bijvoorbeeld op de giek 6, bijvoorbeeld op een dwarskoker in de omgeving van de schamierconstructie in de omgeving van scharnier 6a, ongeveer in het midden van de giek. De hijsschijf voor de leidinrichting bevindt zich bij voorkeur aan het bovenste uiteinde van de giek 6.

De leidinrichting 10 kan desgewenst zijn voorzien van hulpinrichtingen. Zoals getoond in figuur 2C kan een dergelijke hulpinrichting een tugger lier 110 omvatten, en eventueel (niet getoonde) vermogensbronnen. Vanaf de tugger lier 110 verloopt een leidkabel 111 (tugger kabel) die kan worden verbonden met een aan de hijstakel 8 verbonden onderdeel. Door de leidkabel 111 met de lier 110 te verlengen of te verkorten kan het onderdeel op nauwkeurige wijze worden gepositioneerd. De leidkabel 111 kan op eenvoudige wijze met het basisframe (103, 104) worden verbonden onder tussenkomst van een hangframe (201, 202), dat is verbonden met het basisframe (103, 104) en is opgebouwd uit verticale balken 201 en een dwarsbalk 202, dat eveneens is voorzien van wielensets 108 die samenwerken met de T-balk 109. De dwarsbalk 202 heeft voldoende lengte om aan de uiteinden katrollen 203 op te hangen zodanig dat de geleidingskabels ongeveer haaks kunnen ingrijpen op het te hijsen onderdeel. Hierdoor is de geleiding van het tugger systeem het meest efficiënt.

Zoals getoond in figuur 6 kan een gondel 21 van een windturbine worden opgenomen door een dwarsjuk 202, dat door middel van hangkabels 211 wordt verbonden met op de gondel 21 aangebrachte hijsogen 210. Het dwarsjuk 202 is middels hangkabels 212 met de hijshaak 81 verbonden. Door de hijstakel 80 met de leidinrichting 10 vast te klemmen wordt een in hoofdzaak starre verbinding verkregen tussen de hijstakel 8 en de giek 6. Hierdoor worden de bewegingen van de gondel 21 onder invloed van wind en giekbewegingen voorkomen. De met de gondel 21 verbonden leidkabels 111 maken het mogelijk de rotatie van gondel 21 precies te controleren.

Figuren 3A en 3B tonen een uitvoeringsvorm waarbij de hijskatrol 8 middels een soepele verbinding is verbonden met een bevestigingsstructuur in de vorm van een in dwarse richting 61 verlopend hijsjuk 300 waaraan een windturbine- of rotorblad 22 losmaakbaar is bevestigd. De soepele verbinding wordt gevormd door twee hangkabels 301 die vanaf het hijsoog 81 verlopen naar op het hijsjuk 300 aangebrachte bevestigingspunten 302. Het blad 22 bevindt zich min of meer in horizontale positie.

Het rotorblad 22 is in aan het hijsjuk 300 vastgemaakte draagriemen 303 opgehangen.

Figuren 4A, 4B en 4C tonen een uitvoeringsvorm waarbij de hijskatrol 8 middels een starre verbinding is verbonden met een bevestigingsstructuur, eveneens in de vorm van een in dwarse richting 61 verlopend hijsjuk of rotorblad spreader 406 bijvoorbeeld, waaraan een windturbine- of rotorblad 22 losmaakbaar kan worden bevestigd, zie figuren 5 A en 5B. De starre verbinding omvat een T-vormige overbruggingsconstructie 400 die met dwarsverbindingen (401a, 401b) is verbonden met het schijthuis 80. De overbruggingsconstructie 400 overbrugt de hijshaak 81. De rotorblad spreader constructie 406 is hier roteerbaar rond scharnier 400a aan verbonden, die in deze uitvoeringsvorm een actuator 402 vormt waarmee spreader 406 verbindbaar is of hiervan onderdeel uitmaakt. De actuator 402 is door middel van hydraulische cilinders (403a, 403b) roteerbaar rond de as 400a in een dwarse richting 61. De actuator 402 en spreader 406 omvatten verder middelen voor het in 3 dimensies verplaatsen en/of roteren van delen van de bevestigingsstructuur. Zo kan een rond een loodrecht op de as 400a verlopende rotatieas 400b roteerbaar deel 405 worden geroteerd door inwerking van hydraulische cilinder 404a en/of 404b. Dit zal de telescopisch uitschuifbare armen (406a, 406b) van de rotorblad spreader 406 eveneens roteren. Door de armen (406a, 406b) uit te schuiven wordt de lengte van de spreader 406 desgewenst vergroot en aangepast aan het te heffen onderdeel.

Een rotorblad 22 kan in twee aan de spreader bevestigde draagriemen 303 worden opgehangen, zoals hierboven reeds werd beschreven in een uitvoeringsvorm met een hijsjuk 400 of 406. De combinatie van verplaatsings- en rotatie-actuatoren geeft de mogelijkheid een windturbineblad precies in een willekeurig oriëntatie te plaatsen ten opzichte van de giek 6, en dus ook ten opzichte van de steunconstructie 3 en dus ook van een op de mast 2 gemonteerde gondel 21.

Het zal duidelijk zijn dat voor het bedrijven van de verschillende onderdelen van de leidinrichting 10, zoals bijvoorbeeld de tugger lieren en de hydraulische cilinders, (niet getoonde) krachtvoorzieningen zoals accu's, motoren, pompen, en dergelijke aanwezig zijn. Het is ook mogelijk deze voorzieningen geheel of gedeeltelijk op de kraanconstructie 5 te plaatsen, waarbij de voor het bekrachtigen van de onderdelen benodigde hydraulische slangen, elektrische en mechanische kabels, en dergelijke meer, langs de giek naar de leidinrichting 10 gevoerd worden. Bij voorkeur worden de krachtvoorzieningen echter op de leidinrichting 10 zelf voorzien en wordt de vereiste energie via een zogenaamde umbilical hijskabel naar de leidinrichting 10 gevoerd. Een umbilical hijskabel omvat een stalen kabel waarvan de kern geen streng maar bijvoorbeeld een elektrische voedingskabel bevat. Via bijvoorbeeld sleepringen in de hijsliertrommel kan op deze wijze eenvoudig energie naar de leidinrichting 10 gevoerd worden. De krachtvoorziening voor de diverse actuators op de rotorblad spreader, wordt het eenvoudigst uitgevoerd door elektrische of hydraulische accumulatoren op de spreader zelf, De bediening van de diverse fimcties gebeurt het eenvoudigst met radio afstandsbediening.

Figuren 1A - 1B illustreren het plaatsen van een gondel 21 op een windturbinemast 2 met een werkwijze volgens de uitvinding. De werkwijze omvat het verschaffen op een vaartuig 4 van een inrichting 1 volgens de uitvinding en het met behulp van het hefmiddel 5 plaatsen van een onderdeel vanaf het vaartuig 4 tot op een in zee aanwezige steunstructuur 3, waarbij de beweging van de hijstakel 8 tijdelijk in tenminste één richting wordt beperkt door de leidinrichting 10 middels de verplaatsingsinrichting (108,109, trekkabel), vanaf de hoogste positie in de giek, langs de lengteas 60 van de giek 6 te verplaatsen tot ter hoogte van de hijstakel 8. Na contact van leidinrichting 10 met de wielen 80a van hijstakel 8, wordt de hijslier van leidinrichting 10 in constant tension bedrijf gezet. Bij hijsen en vieren van hijstakel 8 blijft leidinrichting 10 derhalve passief de hijstakel 8 volgen omdat de leidinrichting met een klein gewicht op de wielen (80a, 80b) van de hijstakel 8 rust. In deze situatie wordt de dwarsbeweging van hijstakel 8, richting 61, verhinderd door de balken 101a,101b. Wanneer de giek 6 in de juiste hoek staat om de centerlijn van de steunstructuur 3 te kunnen bereiken, wordt bij voorkeur de beweging van de hijstakel 8 ten opzichte van de leidinrichting 10 in hoofdzaak verhinderd door de hijstakel 8 in te klemmen in de kleminrichting (105, 106, 107) van de leidinrichting 10.

De gondel 21 wordt met een gebruikelijk hijsjuk en hijskabels (slings) verbonden met hijstakel 8. De werkwijze volgens de getoonde uitvoeringsvorm omvat onder andere de stappen van het met de hijstakel 8 opnemen van de gondel 21 vanaf het werkdek 41 van het vaartuig 4 tot in een eerste positie A, waarbij de leidinrichting 10 in een hoge positie van de giek 6 wordt gehouden zodat de hijstakel 8 vrij kan bewegen en de giek 6 zich gedraagt als een giek 6 van een bekende hijskraan. Hierdoor kan de hijstakel 8 zich eenvoudig bewegen op en langs het werkdek 41, bijvoorbeeld in opslagrekken voor de onderdelen, zonder dat deze beweging wordt gehinderd door aan de giek 6 bevestigde leid- en kleminrichtingen. De giek 6 wordt vervolgens omhoog gekanteld rond de rotatieas 6a (opgetopt) totdat deze dusdanig steil verloopt dat de hijskabel 7 van de hijstakel 8 binnen het bereik van de leidinrichting 10 komt (in een dwars op de giek 6 staande richting). De leidinrichting 10 wordt vervolgens langs de lengteas 60 van de giek 6 verplaatst tot ongeveer ter hoogte van de hijstakel 8, waarbij de leidinrichting 10 tot op de wielen (80a, 80b) van de hijstakel 8 rust waarna de (niet getoonde) hijslier van de leidinrichting 10 in constant trekkrachtbedrijf wordt gezet zodat de leidinrichting 10 passief de verplaatsingen van de giek 6 en de hijstakel 8 volgt. De gondel 21 wordt dan van een positie A tot een positie B gehesen, waarbij de leidinrichting 10 de beweging van de hijstakel 8 passief volgt. De giek 6 wordt vervolgens rond de rotatieas 51 gezwenkt tot in de nabijheid van de gewenste assemblagepositie (zie figuur 1B). De hijstakel 8 wordt met de leidinrichting 10 vastgeklemd op de hierboven in detail beschreven wijze, en de giek 6 gekanteld totdat de gondel 21 zich in de gewenste assemblagepositie bevindt. De hijstakel 8 wordt bevrijd uit de leidinrichting door de kleminrichting (105, 106, 107) te ontgrendelen en de gondel 21 wordt neergelaten tot tegen of op de reeds aanwezige steunstructuur 3 of andere reeds geplaatste onderdelen. Deze laatste stap omvat bij voorkeur het in 3 dimensies verplaatsen en/of roteren van één van de hierboven in detail beschreven bevestigingsstructuren en/of delen van bevestigingsstructuren.

De boven beschreven handelingen worden zo vaak herhaald als er onderdelen moeten worden geplaatst.

De uitvinding is niet beperkt tot de in de figuren getoonde uitvoeringsvormen, en vele varianten ervan zijn mogelijk binnen de beschermingsomvang van de aangehechte conclusies. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk de rotorbladen 22 afzonderlijk te plaatsen, of in tegendeel één of meerdere rotorbladen 22 aan de naaf of gondel 21 te bevestigen (bijvoorbeeld in zogenaamde bunnyvorm) en het geheel op de steunstructuur 3 te plaatsen met behulp van de beschreven inrichting en werkwijze.

Claims (28)

1. Conclusies

   1. Inrichting voor het op zee assembleren van een uit onderdelen opgebouwd bouwwerk, in het bijzonder een windturbine, welke inrichting een op een vaartuig geplaatst hefmiddel omvat voor het plaatsen van een onderdeel op een in zee aanwezige steunstructuur, waarbij een giek van het hefmiddel is voorzien van een heikabel met bevestigingsmiddel, zoals een hijstakel, voor het losmaakbaar bevestigen van het te heffen onderdeel aan de giek, de giek verder een leidinrichting omvat voor het bevestigingsmiddel, de leidinrichting middels een verplaatsingsinrichting verplaatsbaar langs een lengteas van de giek is verbonden met de giek en de leidinrichting is ingericht om beweging van het bevestigingsmiddel in tenminste één richting te beperken.
2. 2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de leidinrichting een kleminrichting omvat voor het bevestigingsmiddel waardoor beweging van het bevestigingsmiddel ten opzichte van de leidinrichting in hoofdzaak wordt verhinderd.
3. 3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat de leidinrichting een frame van onderling verbonden balken omvat waarvan tenminste twee balken zich (vanaf een in een dwarsrichting van de giek verlopende basisbalk) vanaf de giek in de richting van het bevestigingsmiddel uitstrekken en het bevestigingsmiddel althans gedeeltelijk omsluiten.
4. 4. Inrichting volgens één der conclusies 1 tot 3, met het kenmerk dat de tenminste twee balken zich in hoofdzaak loodrecht op de lengteas van de giek uitstrekken.
5. 5. Inrichting volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk dat de tenminste twee balken zich over een loodrechte afstand van ten hoogste twee maal de giekbreedte uitstrekken vanaf de giek.
6. 6. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de kleminrichting wordt gevormd door tenminste één klembalk die aan de leidinrichting is bevestigd en die naar het bevestigingsmiddel verplaatsbaar is tot klemming van dit bevestigingsmiddel.
7. 7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk dat deze lineaire verplaatsingmiddelen omvat voor de verplaatsing van de klembalken.
8. 8. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de verplaatsingsinrichting aan de leidinrichting en de giek voorziene eerste en tweede samenwerkende geleidingsmiddelen omvat.
9. 9. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk dat de eerste geleidingsmiddelen een wielenpaar omvat, de tweede geleidingsmiddelen een T-balk, en dat het wielenpaar een flens van de T-balk omvatten.
10. 10. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de verplaatsingsinrichting dusdanig is ingericht dat de leidinrichting de verplaatsing van het bevestigingsmiddel volgt.
11. 11. Inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk dat de verplaatsingsinrichting een aan de leidinrichting bevestigde trekkabel omvat die door een constante trekkrachtlier wordt bediend zodat de trekkracht in de kabel in hoofdzaak constant blijft.
12. 12. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de leidinrichting hulpinrichtingen omvat, bij voorkeur een treklier (tugger winch) en/of een vermogensbron.
13. 13. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het bevestigingsmiddel middels een starre of soepele verbinding is verbonden met een bevestigingsstructuur waaraan een onderdeel losmaakbaar kan worden bevestigd.
14. 14. Inrichting volgens conclusie 13, met het kenmerk dat de starre verbinding en/of de bevestigingsstructuur middelen omvat voor het in 3 dimensies verplaatsen en/of roteren van respectievelijk de bevestigingsstructuur en/of delen van de bevestigingsstructuur.
15. 15. Inrichting volgens conclusie 13 of 14, met het kenmerk dat de bevestigingsstructuur een juk omvat.
16. 16. Inrichting volgens conclusie 15, met het kenmerk dat de bevestigingsstructuur een bladjuk omvat.
17. 17. Inrichting volgens conclusie 13 of 14, met het kenmerk dat de bevestigingsstructuur een rotorblad spreader omvat.
18. 18. Inrichting volgens één der conclusies 13 tot 17, met het kenmerk dat de bevestigingsstructuur een grijper omvat.
19. 19. Inrichting volgens één der conclusies 13 tot 18, met het kenmerk dat de bevestigingsstructuur draagriemen omvat voor het omvatten van een onderdeel.
20. 20. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat een onderdeel een mastsectie, een rotorblad en/of een gondel van een windturbine omvat.
21. 21. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het vaartuig een jack-up platform omvat.
22. 22. Werkwijze voor het op zee assembleren van een uit onderdelen opgebouwd bouwwerk, in het bijzonder een windturbine, welke werkwijze omvat het verschaffen op een vaartuig van een inrichting volgens één der voorgaande conclusies, en het met behulp van het hefmiddel plaatsen van de onderdelen op een in zee aanwezige steunstructuur, waarbij de beweging van het bevestigingsmiddel tijdelijk in tenminste één richting wordt beperkt door de leidinrichting middels de verplaatsingsinrichting langs de lengteas van de giek te verplaatsen tot ter hoogte van het bevestigingsmiddel.
23. 23. Werkwijze volgens conclusie 22, met het kenmerk dat de beweging van het bevestigingsmiddel ten opzichte van de leidinrichting in hoofdzaak wordt verhinderd door het bevestigingsmiddel in te klemmen in de kleminrichting.
24. 24. Werkwijze volgens conclusie 22 of 23, waarbij de leidinrichting middels een eraan bevestigde trekkabel met een in hoofdzaak constante trekkracht langs de lengteas van de giek wordt verplaatst.
25. 25. Werkwijze volgens één der conclusies 22 - 24, omvattende de stappen van: a) het met het bevestigingsmiddel of de bevestigingsstructuur opnemen van een onderdeel; b) het omhoog kantelen van de giek totdat deze dusdanig steil verloopt dat het bevestigingsmiddel binnen het bereik van de leidinrichting komt; c) het langs de lengteas van de giek verplaatsen van de leidinrichting tot het op de wielen van het bevestigingsmiddel rust waarna de hijslier van de leidinrichting in constant trekkrachtbedrijf wordt gezet zodat de leidinrichting passief de verplaatsingen van giek en bevestigingsmiddel volgt; d) het zwenken van de giek tot in de nabijheid van de gewenste assemblagepositie; e) het vastklemmen van het bevestigingsmiddel met de leidinrichting; f) het kantelen van de giek totdat het onderdeel zich in de gewenste assemblagepositie bevindt; g) het geheel of gedeeltelijk ontklemmen van het bevestigingsmiddel; en h) het neerlaten van het onderdeel tot in de gewenste assemblagepositie.
26. 26. Werkwijze volgens één der conclusies 22-25, met het kenmerk dat het in stap h) neerlaten van het onderdeel tot in de gewenste assemblagepositie het in 3 dimensies verplaatsen en/of roteren van de bevestigingsstructuur en/of delen van de bevestigingsstructuur omvat.
27. 27. Werkwijze volgens één der conclusies 22-26, met het kenmerk dat de onderdelen de mastsecties, de rotorbladen en/of de gondel van een windturbine omvatten.
28. 28. Werkwijze volgens conclusie 27, met het kenmerk dat de onderdelen de gondel met naaf van een windturbine omvatten, waarbij de naaf is voorzien van rotorbladen.