EP2743401B1 - Tragstruktur für offshore anlagen - Google Patents

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EP2743401B1
EP2743401B1 EP13188169.0A EP13188169A EP2743401B1 EP 2743401 B1 EP2743401 B1 EP 2743401B1 EP 13188169 A EP13188169 A EP 13188169A EP 2743401 B1 EP2743401 B1 EP 2743401B1
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EP
European Patent Office
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support structure
struts
strut
individual
entire length
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP13188169.0A
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English (en)
French (fr)
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EP2743401A2 (de
EP2743401A3 (de
Inventor
Emilio Reales Bertomeo
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maritime Offshore Group GmbH
Original Assignee
Maritime Offshore Group GmbH
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Publication date
Application filed by Maritime Offshore Group GmbH filed Critical Maritime Offshore Group GmbH
Priority to PL13188169T priority Critical patent/PL2743401T3/pl
Publication of EP2743401A2 publication Critical patent/EP2743401A2/de
Publication of EP2743401A3 publication Critical patent/EP2743401A3/de
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Publication of EP2743401B1 publication Critical patent/EP2743401B1/de
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D27/00—Foundations as substructures
    • E02D27/32—Foundations for special purposes
    • E02D27/42—Foundations for poles, masts or chimneys
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B17/00—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor
    • E02B17/02—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor placed by lowering the supporting construction to the bottom, e.g. with subsequent fixing thereto
    • E02B17/027—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor placed by lowering the supporting construction to the bottom, e.g. with subsequent fixing thereto steel structures
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D27/00—Foundations as substructures
    • E02D27/32—Foundations for special purposes
    • E02D27/42—Foundations for poles, masts or chimneys
    • E02D27/425—Foundations for poles, masts or chimneys specially adapted for wind motors masts
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B17/00—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor
    • E02B2017/0056—Platforms with supporting legs
    • E02B2017/006—Platforms with supporting legs with lattice style supporting legs
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B17/00—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor
    • E02B2017/0091—Offshore structures for wind turbines

Definitions

  • the present invention relates to a support structure for offshore installations, in particular for wind turbines.
  • Such support structures or foundations are used to safely anchor wind turbines on the seabed.
  • wind turbines have not only been installed "on shore", ie on land, but increasingly offshore, for example in so-called offshore wind farms in the North and Baltic Seas.
  • the offshore wind turbines are exposed to extreme conditions. For example, they are anchored at a depth of 20 to 60 meters with the help of a foundation.
  • the foundation which can also be called a supporting structure, is exposed to high mechanical and chemical loads as well as ocean currents.
  • Various types of offshore foundations are known, such as monopile, jacket, tripod, tripile or bucket constructions.
  • the present invention relates primarily but not exclusively to a so-called jacket construction. This is a truss structure made of steel.
  • a supporting structure is for example in DE 20 2011 101 599 U1 disclosed by the present applicant.
  • the support structure disclosed therein has a plurality, preferably six anchored in the seabed, in particular tubular piles and connectable to the piles, composed of a plurality of rods, in particular steel tubes, composite framework structure.
  • the individual bars of the framework structure are by means of various Nodes, such as cross nodes, center nodes, and foot nodes, are interconnected.
  • the disclosed support structure comprises superimposed and interconnected segments, wherein at least one of the segments is arranged rotated to a next segment about a vertical axis.
  • the number and orientation of the segments depends on the external conditions, such. B. the water depth or the location of the support structure.
  • the individual segments of the disclosed support structure preferably consist of vertical outer struts, which are connected to each other with horizontally and / or obliquely oriented transverse struts.
  • the connection between the struts is preferably realized by mounting pins.
  • WO 2014/147481 discloses a support structure.
  • the support structure of this document discloses the features of the preamble of claim 1.
  • the known solutions for such offshore support structures require to ensure a high load capacity high material and manufacturing costs.
  • the strut or pipe arrangements of the known support structures and the high wall thicknesses of the struts or tubes used lead to a high welding costs and a large demand for manpower.
  • the increased use of material leads to an increased weight of the supporting structure, which has a negative influence not only on the assembly but also on the transport and installation on the open sea. Consequently, in order to be able to economically provide offshore support structures with ever higher load capacity, a new solution is needed that meets the increasing demands of the fast-growing offshore industry.
  • Object of the present invention is therefore to provide a supporting structure for offshore installations, in particular wind turbines, which can be produced with relatively little effort and despite high ease of manufacture and relatively low production costs has a high load capacity.
  • the invention solves the problem by means of anchored to the seabed support structure with the features of claim 1, which is used to hold offshore installations, such as wind turbines, use.
  • the support structure of the invention consists of a plurality of interconnected struts, wherein at least two extending over the substantially entire length of the support structure extending individual struts are arranged substantially parallel to each other.
  • a single strut in this case represents a straight strut, which absorbs and transmits substantially vertical forces in the mounted state.
  • a single strut is preferably not composed of a plurality of separate strut segments. By assembling separate strut segments is meant, for example, the welding or bonding of pipe sections.
  • the individual struts can be made of different materials and manufactured with different manufacturing processes.
  • the struts may also have circular or angular cross-sections.
  • the individual struts have a substantially same length as the support structure, which is defined as the distance between the lower end and the upper end of the erected support structure.
  • the interconnected struts have a substantially truss-like structure.
  • the support structure according to the invention has further struts connected to each other and to the struts extending over the substantially entire length of the support structure, which struts are connected and arranged in their entirety such that they are one Form framework structure.
  • the at least two individual struts extending over the substantially entire length of the support structure in the erected state of the support structure extend primarily in a substantially vertical direction or are opposite a vertical plane inclined at an angle between 0 degrees and up to about 30 degrees inwards relative to a central axis of the support structure.
  • the individual struts can absorb high normal forces and vertical loads and thus support the weight of a mounted wind turbine against the seabed.
  • Decisive for the maximum absorbable forces in the axial direction of the struts is the cross section of the struts. It can thus be achieved by a small number of struts with large individual cross-sections as well as with a relatively increased number of struts with small individual cross-sections, a high load capacity of the support structure.
  • the individual struts extending over the substantially entire length of the support structure preferably have a uniform wall thickness.
  • the use of pipes with uniform wall thickness offers advantages in terms of manufacturing costs and manufacturing time of a support structure.
  • the individual struts extending over the substantially entire length of the support structure are not composed of individual tube segments but consist of a continuous tube.
  • the use of such a long, non-composite tube eliminates costly and time-consuming welding. This significantly reduces the manufacturing cost of such a support structure.
  • non-welded tube elements have higher strength properties than tube elements composed of individual segments and are substantially less susceptible to corrosion due to the absence of additional welds.
  • the individual struts extending over the substantially entire length of the support structure are designed as spiral-seam-welded steel tubes and / or longitudinally welded steel tubes.
  • Spiral tubes are made of hot strip or sheet metal, which is helically shaped in a former with a constant radius of curvature and welded to the abutting strip edges.
  • the strip width determines the later diameter of the tube and the plate length the later tube length.
  • a flat sheet is first bent in a plurality of forming steps in a U-shape and bent in a later manufacturing step by an O-shape to a round slotted tube.
  • the resulting longitudinal slot is finally welded by the eponymous longitudinal seam.
  • the support structure has a plurality of strut pairs arranged uniformly over the circumference in the outer region. Particularly preferred is the arrangement of three, four, five or six strut pairs over the peripheral circumference of the support structure. Due to the uniform distribution over the peripheral circumference, the strut pairs, depending on the number used, each staggered 120 degrees, 90 degrees, 72 degrees or 60 degrees about the vertical center axis of the support structure.
  • the cross section of the support structure can have both an angular, for example, a triangular, square, pentagonal or hexagonal, as well as a circular cross-section.
  • a strut pair is arranged on each outer edge of the support structure. In the view of the cross section of the support structure is thus arranged in each corner a strut pair.
  • the support structure has a polygonal outer contour, preferably this is designed as a support structure with square, three, five or hexagonal base.
  • the support structure is characterized in that the two struts of a strut pair at its lower end converge V-shaped and thus form a bottom-side conclusion.
  • the V-shaped convergence is achieved in that the two struts are each slightly bent in the direction of the other strut of the strut pair and thus converge to a common point.
  • the two struts of a strut pair preferably converge in such a way that the cross section of the strut pair at the bottom end has a circular outer contour whose diameter matches that of the individual struts.
  • the V-shaped convergence of the two struts of a strut pair requires in addition to the slight buckling also forming and / or a partial separation of circumferential strut sections.
  • the respective joints of the individual struts of a strut pair are welded together in the region where they converge in a V-shape.
  • a foot element is arranged on each bottom end.
  • Each foot element of the support structure is connectable to a pole anchored in the seabed.
  • a foot element takes on the V-shaped converging conclusion of a strut pair.
  • the support structure according to the invention has a plurality, preferably three, four, five or six, on the seabed anchorable foot elements.
  • the foot elements are arranged substantially parallel to each other.
  • the tubular lower portions of the individual foot elements, which are connectable to the piles disposed in the seabed, are preferably aligned in the vertical direction.
  • the support structure is further advantageously further developed in that the two substantially mutually parallel struts of a strut pair can be connected by means of one or more substantially horizontally arranged connecting struts.
  • the connecting struts are, for example, short pipe sections or adapters, which are welded at their end faces, each with a strut of a strut pair.
  • the struts of a strut pair are connected together and aligned with each other at the same time.
  • the number of connecting struts between the struts of a strut pair depends on the struts used and the height of the support structure.
  • the shape and length of the connecting struts is identical for all strut pairs of a support structure. This leads to a cost reduction and enables a fast standardized assembly.
  • the strut pairs are connectable by substantially diagonal diagonal struts.
  • all strut alignments that can be realized between a horizontal and a vertical strut alignment can be regarded as diagonal.
  • the diagonal struts give the supporting structure its structural stability. The diagonal struts take up only small forces compared to the strut pairs.
  • diagonal struts are crossed in an X pattern.
  • the arranged in an X-pattern diagonal struts are arranged between two arranged on the same side adjacent struts of different strut pairs.
  • such X-pattern structures have a central crest node, on which four diagonal struts are arranged.
  • two diagonal struts are preferably aligned in alignment.
  • a support structure has several, preferably two, three, four or five, X-pattern structures on each side. Due to the preferably frusto-conical outer contour of the support structure, the X-pattern structures become smaller from the lower end to the upper end of the support structure.
  • every X-pattern structure is based on the same middle cross node. On the one hand, this leads to a homogeneous distribution of force within the supporting structure and, on the other hand, to a simple, automatable and cost-effective production of such X-pattern structures.
  • the strut pairs are connected by substantially horizontally extending longitudinal struts.
  • the longitudinal struts are preferably arranged in the lower quarter of the support structure. They serve to stabilize the support structure and take essentially horizontally acting Forces up. In the support of the initiated loads against the seabed, the horizontal longitudinal struts play a minor role.
  • the diagonal struts and / or longitudinal struts have a smaller diameter than the over the substantially entire length of the support structure extending individual struts. Since the diagonal struts and the longitudinal struts are primarily responsible for the stability of the supporting structure and the loads acting on the supporting structure are absorbed by the individual struts extending over the substantially entire length of the supporting structure, the diagonal struts and / or longitudinal struts can be made smaller in comparison become.
  • the diagonal struts and / or the longitudinal struts of the support structure are designed as HFI (high frequency induction welding) pipes and / or MSH (Mannesmann Stahlbau Hohlprofil) pipes. These tubes offer themselves by a sufficient carrying capacity and a low price for use as diagonal struts and / or longitudinal struts.
  • HFI high frequency induction welding
  • MSH Mannesmann Stahlbau Hohlprofil
  • the support structure has a triangular, square, pentagonal, hexagonal or round cross section.
  • an embodiment of the support structure according to the invention which has an interface for mounting a tower of a wind turbine.
  • This interface constitutes an assembly platform and distributes the loads acting on the support structure preferably in equal parts to the individual struts extending over the substantially entire length of the support structure.
  • the struts are at least partially coated with a coating.
  • the coating is preferably designed as a plastic coating and counteracts the aging and decomposition of the struts. If the struts are designed as welded steel pipes, the corrosion-promoting environment for uncoated pipes and welds quickly sets in motion a decomposition process which must be counteracted to ensure the load-bearing capacity of the support structure. Coatings based on polyurethane and epoxy resin have proven themselves for use in offshore support structures and effectively counteract the corrosion process.
  • FIG. 1 Perspective view of a support structure according to the invention
  • FIG. 1 shows a variant of an inventive support structure (1).
  • the support structure (1) has a square base, and the width decreases constantly from the lower end to the upper end of the support structure (1).
  • At the four outer edges of the support structure (1) are each two over the substantially entire length of the support structure extending parallel to each other aligned individual struts (2a, 2b). These absorb a large amount of vertical loads during operation.
  • the mutually parallel individual struts (2a, 2b) form a strut pair (4a, 4b, 4c, 4d) at each of the four outer edges of the support structure (1).
  • the four strut pairs (4a, 4b, 4c, 4d) are arranged uniformly over the circumference of the support structure (1) by the square base surface of the support structure (1).
  • the individual struts (2a, 2b) are formed as spiral seam or longitudinal seam-welded tubes.
  • the individual struts (2a, 2b) of the strut pairs (4a, 4b, 4c, 4d) are not composed of individual pipe sections, but represent continuous individual pipes and have over their entire length a uniform wall thickness.
  • the two individual struts (2a, 2b) of the strut pairs (4a, 4b, 4c, 4d) converge at their lower ends in a V shape to form bottom-side terminations (6a, 6b, 6c, 6d).
  • the foot elements (8a, 8b, 8c, 8d) arranged on the bottom-side terminations (6a, 6b, 6c, 6d) are arranged on piles (not shown) anchored in the seabed in order to fix the support structure (1) on the seabed.
  • the foot elements (8a, 8b, 8c, 8d) are arranged substantially parallel to each other.
  • a plurality of short connecting struts (10) connect the two mutually parallel individual struts (2a, 2b) of a strut pair (4a, 4b, 4c, 4d).
  • the strut pairs (4a, 4b, 4c, 4d) are interconnected by diagonal struts (12) and longitudinal struts (16).
  • the diagonal struts (12) are arranged in an X-pattern structure between two individual struts (2) of two adjoining strut pairs (4a, 4b, 4c, 4d).
  • the various X-pattern structures of the support structure (1) each have a structurally identical cross knot (14) in their middle.
  • the X pattern structures differ only in the length of the diagonal struts (12) connected to the cross knot (14).
  • the four longitudinal struts (16) form the lowest connection between the individual strut pairs (4a, 4b, 4c, 4d) and are arranged between the bottom-side terminations (6a, 6b, 6c, 6d) and the lowermost X-pattern structures.
  • the diagonal struts (12) as well as the longitudinal struts (16) of the support structure (1) have a smaller diameter than the individual struts (2a, 2b) of the four strut pairs (4a, 4b, 4c, 4d).
  • the diagonal struts (12) and / or the longitudinal struts (16) can be designed as HFI (high frequency induction welding) pipes and / or MSH (Mannesmann Stahlbau Hohlprofil) pipes.
  • an interface (18) for receiving a tower of a wind turbine is arranged.
  • the interface (18) evenly distributes the vertical loads of a wind turbine tower to the four strut pairs (4a, ab, 4c, 4d).

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tragstruktur für Offshore-Anlagen, insbesondere für Windenergieanlagen. Derartige Tragstrukturen oder Fundamente dienen dazu, Windenergieanlagen auf dem Meeresgrund sicher zu verankern.
  • Seit einiger Zeit werden Windenergieanlagen nicht nur "On-Shore", also an Land, sondern verstärkt auf dem Meer "Offshore" installiert, beispielsweise in sogenannten Offshore-Windparks in der Nord- und Ostsee. Die Offshore-Windenergieanlagen sind extremen Bedingungen ausgesetzt. Sie werden beispielsweise in 20 bis 60 Metern Meerestiefe mit Hilfe eines Fundaments verankert. Das Fundament, welches auch als Tragstruktur bezeichnet werden kann, ist hohen mechanischen und chemischen Belastungen sowie Meeresströmungen ausgesetzt. Verschiedene Typen von Offshore-Fundamenten sind bekannt, beispielsweise Monopile-, Jacket-, Tripod-, Tripile- oder Bucket-Konstruktionen. Die vorliegende Erfindung betrifft in erster Linie, aber nicht ausschliesslich eine sogenannte Jacket-Konstruktion. Diese ist eine Fachwerkkonstruktion aus Stahl.
  • Eine Tragstruktur ist beispielsweise in DE 20 2011 101 599 U1 der hiesigen Anmelderin offenbart. Die dort offenbarte Tragstruktur weist mehrere, vorzugsweise sechs im Meeresgrund verankerte, insbesondere rohrförmige Pfähle und eine mit den Pfählen verbindbare, aus einer Vielzahl von Stäben, insbesondere Stahlrohren, zusammengesetzte Stabwerkstruktur auf. Die einzelnen Stäbe der Stabwerkstruktur sind mittels verschiedener Knoten, wie beispielsweise Kreuzknoten, Mittelknoten und Fußknoten, miteinander verbunden.
  • Eine weitere Tragstruktur ist in US 5,536,117 offenbart. Die offenbarte Tragstruktur weist übereinanderliegende und miteinander verbundene Segmente auf, wobei mindestens eines der Segmente zu einem nächsten Segment um eine vertikale Achse verdreht angeordnet ist. Die Anzahl und die Orientierung der Segmente ist abhängig von den äußeren Bedingungen, wie z. B. der Wassertiefe oder dem Standort der Tragstruktur. Die einzelnen Segmente der offenbarten Tragstruktur bestehen vorzugsweise aus vertikalen Außenstreben, die mit horizontal und/oder schräg ausgerichteten Querstreben miteinander verbunden sind. Die Verbindung zwischen den Streben wird vorzugsweise durch Montagestifte realisiert.
  • Auch das Dokument WO 2014/147481 offenbart eine Tragstruktur. Die Tragstruktur dieses Dokuments offenbart die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1.
  • Die bekannten Lösungen für derartige Offshore Tragstrukturen bedingen zur Gewährleistung einer hohen Tragfähigkeit einen hohen Material- und Fertigungsaufwand. Die Streben- bzw. Rohranordnungen der bekannten Tragstrukturen und die hohen Wandstärken der verwendeten Streben bzw. Rohre führen zu einem hohen Schweißaufwand und einem großen Bedarf an Arbeitskräften. Außerdem kommt es durch den erhöhten Materialeinsatz zu einem gesteigerten Gewicht der Tragstruktur, welches nicht nur die Montage sondern auch den Transport und die Installation auf dem offenen Meer negativ beeinflusst. Um Offshore Tragstrukturen mit immer höherer Tragfähigkeit wirtschaftlich bereitstellen zu können bedarf es folglich einer neuen Lösung, die den steigenden Anforderungen der schnell wachsenden Offshore Industrie gerecht wird.
  • Andere Offshore-Fundamente wie beispielsweise Monopile-Fundamente verursachen bei ihrer Installation auf dem Meeresgrund durch die Verwendung von leistungsstarken Rammhämmern extreme Schallemissionen mit einer Stärke von bis zu 190 dB. Derartige Schallwellen stellen für Lebewesen eine erhebliche Gefährdung dar und können sogar tödliche Folge für die betroffenen Meerestiere haben.
  • Außerdem kommt es bevorzugt bei Monopile-Fundamenten durch die von der Windkraftanlage hervorgerufenen Schwingungen oftmals zu Rissen im Meeresboden. Diese Risse beeinträchtigen die Bodenintegrität und bedingen im Laufe der Zeit ein erhöhtes Risiko einer Fundamentschräglage, deren Behebung einen beträchtlichen finanziellen Aufwand bedeuten würde.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es folglich, eine Tragstruktur für Offshore-Anlagen, insbesondere Windenergieanlagen, anzugeben, die mit relativ geringem Aufwand herstellbar ist und trotz einfacher Herstellbarkeit und relativ niedriger Herstellungskosten eine hohe Tragfähigkeit aufweist.
  • Die Erfindung löst die Aufgabe mittels einer am Meeresgrund verankerten Tragstruktur mit den Merkmales des Anspruchs 1, die zur Aufnahme von Offshore-Anlagen, wie beispielsweise Windenergieanlagen, Verwendung findet. Die erfindungsgemäße Tragstruktur besteht aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen Streben, wobei mindestens zwei sich über die im Wesentlichen gesamte Länge der Tragstruktur erstreckende Einzelstreben im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
  • Eine Einzelstrebe stellt hierbei eine gerade Strebe dar, die im montierten Zustand im wesentlichen Vertikalkräfte aufnimmt und überträgt. Eine Einzelstrebe ist vorzugsweise nicht aus einer Vielzahl von separaten Strebensegmenten zusammengesetzt. Unter Zusammensetzen von separaten Strebensegmenten ist beispielsweise das Verschweißen oder Verkleben von Rohrabschnitten zu verstehen. Die Einzelstreben können aus verschiedenen Materialien bestehen und mit verschiedenen Fertigungsverfahren hergestellt worden sein. Die Streben können ferner kreisrunde oder eckige Querschnitte aufweisen.
  • Die Einzelstreben weisen dabei eine im Wesentlichen gleiche Länge wie die Tragstruktur auf, die als der Abstand zwischen dem unteren Ende und dem oberen Ende der aufgestellten Tragstruktur definiert ist. Der Erfindung nach weisen die miteinander verbundenen Streben eine im Wesentlichen fachwerkartige Struktur auf. Neben den sich über die im Wesentlichen gesamte Länge der Tragstruktur erstreckenden Einzelstreben weist die erfindungsgemäße Tragstruktur weitere miteinander und mit den sich über die im Wesentlichen gesamte Länge der Tragstruktur erstreckenden Einzelstreben verbundene Streben auf, die in ihrer Gesamtheit derart verbunden und angeordnet sind, dass diese eine Fachwerkstruktur bilden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tragstruktur verlaufen die mindestens zwei sich über die im Wesentlichen gesamte Länge der Tragstruktur erstreckenden Einzelstreben im aufgestellten Zustand der Tragstruktur vornehmlich in im wesentlichen vertikaler Richtung oder sind gegenüber einer vertikalen Ebene um einen Winkel zwischen 0 Grad und bis zu etwa 30 Grad nach innen - bezogen auf eine Mittelachse der Tragstruktur) geneigt. Durch eine derartige Ausrichtung können die Einzelstreben hohe Normalkräfte und vertikale Lasten aufnehmen und somit das Eigengewicht z.B. einer montierten Windenergieanlage gegen den Meeresboden abstützen. Entscheidend für die maximal in axialer Richtung der Streben aufnehmbaren Kräfte ist der Querschnitt der Streben. Es kann somit sowohl durch eine geringe Strebenanzahl mit großen Einzelquerschnitten als auch mit einer vergleichsweise erhöhten Strebenanzahl mit kleinen Einzelquerschnitten eine hohe Tragfähigkeit der Tragstruktur erreicht werden.
  • Bevorzugt weisen die sich über die im Wesentlichen gesamte Länge der Tragstruktur erstreckenden Einzelstreben in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eine einheitliche Wandstärke auf. Gegenüber einer Lösung, Streben, beispielsweise Rohre oder Rohrsegmente, mit nach oben hin abnehmender Wandstärke zu verwenden, bietet die Verwendung von Rohren mit einheitlicher Wandstärke Vorteile hinsichtlich der Herstellungskosten und Herstellungsdauer einer Tragstruktur.
  • Ferner ist eine Ausführungsvariante bevorzugt, bei der die sich über die im Wesentlichen gesamte Länge der Tragstruktur erstreckenden Einzelstreben nicht aus Einzelrohrsegmenten zusammengesetzt sind sondern aus einem durchgängigen Rohr bestehen. Durch den Einsatz eines derartigen langen, nicht-zusammengesetzten Rohres entfallen kosten- und zeitintensive Schweißarbeiten. Dies senkt die Herstellungskosten einer solchen Tragstruktur signifikant. Zusätzlich weisen nicht-verschweißte Rohrelemente gegenüber Rohrelementen die aus Einzelsegmenten zusammengesetzt sind höhere Festigkeitseigenschaften auf und sind durch die nichtvorhandenen zusätzlichen Schweißnähte wesentlich korrosionsunempfindlicher.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die sich über die im Wesentlichen gesamte Länge der Tragstruktur erstreckenden Einzelstreben als Spiralnaht-geschweißte Stahlrohre und/oder Längsnaht-geschweißte Stahlrohre ausgebildet. Spiralrohre werden aus Warmband oder Blech hergestellt, das in einer Formeinrichtung schraubenlinienförmig mit einem konstanten Krümmungsradius geformt und an den zusammenstoßenden Bandkanten verschweißt wird. Durch dieses Verfahren lassen sich also aus einer Band- oder Blechbreite Rohre mit verschiedenen Durchmessern herstellen. Ferner wird die Länge dieser Rohre nur durch die Band- bzw. Blechrollenlänge und der verwendeten Fertigungsanlage beschränkt.
  • Im Gegensatz hierzu bestimmt bei der Herstellung der Längsnaht-geschweißten Rohre die Band- bzw. Blechbreite den späteren Durchmesser des Rohrs und die Blechlänge die spätere Rohrlänge. In diesem Verfahren wird ein flaches Blech in mehreren Umformschritten erst in eine U-Form gebogen und in einem späteren Herstellungsschritt durch eine O-Form zu einem runden Schlitzrohr gebogen. Der entstandene Längsschlitz wird schließlich durch die namensgebende Längsnaht verschweißt.
  • Durch den Einsatz derartiger Rohre kann eine enorme Kostensenkung erreicht werden. Durch die automatisierten und wirtschaftlich optimierten Herstellungsprozesse dieser Spiral- bzw. Längsnaht-geschweißten Rohre sind diese zu wirtschaftlich attraktiven Preisen auf dem Markt verfügbar. Sie bieten besonders im Vergleich zu den Rohren, die gewöhnlich in der Jacket-Herstellung Anwendung finden, ein hohes Einsparpotential. Der Erfindung nach bilden jeweils zwei sich über die im Wesentlichen gesamte Länge der Tragstruktur erstreckenden Einzelstreben ein Streben-Paar. Durch das paarweise Anordnen der Streben können auch Streben mit geringen Wandstärken für Offshore Tragstrukturen verwendet werden. Dadurch, dass dünnwandige Rohre wesentlich kostengünstiger und auch in größeren Längen im Vergleich zu dickwandigen Rohren verfügbar sind, werden durch den Einsatz von Doppel-Streben einerseits die aufnehmbaren Lasten nicht beeinflusst, die Herstellungskosten einer Tragstruktur andrerseits jedoch erheblich gesenkt.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Tragstruktur mehrere im Außenbereich gleichmäßig über den Umfang angeordnete Streben-Paare auf. Besonders bevorzugt ist die Anordnung von drei, vier, fünf oder sechs Streben-Paaren über den peripheren Umfang der Tragstruktur. Durch die gleichmäßige Verteilung über den peripheren Umfang sind die Streben-Paare, abhängig von der verwendeten Anzahl, jeweils 120 Grad, 90 Grad, 72 Grad oder 60 Grad um die vertikale Mittel-Achse der Tragstruktur versetzt angeordnet. Der Querschnitt der Tragstruktur kann dabei sowohl einen eckigen, beispielsweise einen dreieckigen, quadratischen, fünfeckigen oder sechseckigen, als auch einen kreisrunden Querschnitt aufweisen. Durch einen derartigen Tragstrukturaufbau können eingeleitete Kräfte besonders vorteilhaft über die Streben der Tragstruktur am Meeresboden abgestützt werden. Die gleichmäßige Kraftverteilung auf die Streben-Paare erlaubt die Verwendung gleicher Streben für die Gesamtheit der Streben-Paare. Erfindungsgemäß ist ein Streben-Paar an jeder Außenkante der Tragstruktur angeordnet. Bei der Ansicht des Querschnitts der Tragstruktur ist dabei folglich in jeder Ecke ein Streben-Paar angeordnet. Dabei weist die Tragstruktur eine mehreckige Außenkontur auf, vorzugsweise ist diese als Tragstruktur mit quadratischer, drei-, fünf- oder sechseckiger Grundfläche ausgeführt.
  • Vorteilhaft weitergebildet wird die Tragstruktur dadurch, dass die beiden Streben eines Streben-Paares an ihrem unteren Ende V-förmig zusammenlaufen und somit einen bodenseitigen Abschluss bilden. Das V-förmige Zusammenlaufen wird dadurch erreicht, dass die beiden Streben jeweils leicht in die Richtung der jeweils anderen Strebe des Streben-Paares abgeknickt sind und somit auf einen gemeinsamen Punkt zulaufen. Auf diese Weise wird erreicht, dass die beiden Streben eines Streben-Paares vorzugsweise derart zusammenlaufen, dass der Querschnitt des Streben-Paares am bodenseitigen Abschluss eine kreisförmige Außenkontur aufweist, deren Durchmesser mit dem der Einzelstreben übereinstimmt. Das V-förmige Zusammenlaufen der beiden Streben eines Streben-Paares bedingt neben der leichten Knickung ebenfalls ein Umformen und/oder ein teilweises Trennen umfänglicher Strebenabschnitte. Vorzugsweise werden die jeweiligen Stöße der Einzelstreben eines Streben-Paares in dem Bereich, in dem sie V-förmig zusammenlaufen, miteinander verschweißt.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist an jedem bodenseitigen Abschluss ein Fußelement angeordnet. Jedes Fußelement der Tragstruktur ist dabei mit einem im Meeresboden verankerten Pfahl verbindbar. Ein Fußelement nimmt dabei den V-förmig zusammenlaufenden Abschluss eines Streben-Paares auf. Durch die Verbindung mit den im Meeresboden verankerten Pfählen wird die Tragstruktur eindeutig ausgerichtet und stabil auf dem Meeresboden fixiert. Durch die Verwendung mehrerer solcher Pfähle können diese kürzer als beispielsweise bei Monopiles ausgeführt werden. Ebenfalls bedarf es einer geringeren Einbringtiefe in den Meeresboden. Dies macht den Einsatz von Schall-intensiven Rammhämmern überflüssig und erlaubt eine Pfahlinstallation durch Vibrationsgeräte. Die wesentlich geringeren Schallemissionen bedeuten auch einen geminderten Eingriff in den Lebensraum der von der Tragstrukturmontage betroffenen Meerestiere.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Tragstruktur mehrere, vorzugsweise drei, vier, fünf oder sechs, am Meeresboden verankerbare Fußelemente auf. Die Fußelemente sind dabei im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Die rohrartigen unteren Abschnitte der einzelnen Fußelemente, die mit den im Meeresboden angeordneten Pfählen verbindbar sind, sind vorzugsweise in vertikaler Richtung ausgerichtet.
  • Die Tragstruktur wird ferner dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass die zwei im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten Streben eines Streben-Paares mittels einer oder mehrerer im Wesentlichen horizontal angeordneter Verbindungsstreben verbindbar sind. Die Verbindungsstreben sind dabei beispielsweise kurze Rohrabschnitte oder Adapter, die an ihren Stirnseiten mit jeweils einer Strebe eines Streben-Paares verschweißt werden. Somit werden die Streben eines Streben-Paares miteinander verbunden und gleichzeitig zueinander ausgerichtet. Die Anzahl der Verbindungsstreben zwischen den Streben eines Streben-Paares ist abhängig von den verwendeten Streben und der Höhe der Tragstruktur. Die Form und Länge der Verbindungsstreben ist für alle Streben-Paare einer Tragstruktur identisch. Dies führt zu einer Kostensenkung und ermöglicht eine schnelle standardisierte Montage.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Streben-Paare durch im Wesentlichen diagonal verlaufende Diagonalstreben verbindbar. Als diagonal können hierbei alle Strebenausrichtungen angesehen werden, die zwischen einer horizontalen und einer vertikalen Strebenausrichtung realisierbar sind. Die Diagonalstreben verleihen der Tragstruktur ihre strukturelle Stabilität. Dabei nehmen die Diagonalstreben im Vergleich zu den Streben-Paaren lediglich kleine Kräfte auf.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind Diagonalstreben in einem X-Muster gekreuzt. Die in einem X-Muster angeordneten Diagonalstreben sind zwischen zwei auf der gleichen Seite angeordneten benachbarten Streben verschiedener Streben-Paare angeordnet. Vorzugsweise weisen derartige X-Muster-Strukturen einen mittleren Kreuzknoten auf, an dem vier Diagonalstreben angeordnet sind. Jeweils zwei Diagonalstreben sind dabei vorzugsweise fluchtend ausgerichtet. Eine Tragstruktur weist auf jeder Seite mehrere, vorzugsweise zwei, drei, vier oder fünf, X-Muster-Strukturen auf. Durch die vorzugsweise kegelstumpfartige Außenkontur der Tragstruktur werden die X-Muster-Strukturen vom unteren Ende zum oberen Ende der Tragstruktur kleiner. Jede X-Muster-Struktur basiert jedoch auf dem gleichen mittleren Kreuzknoten. Dies führt einerseits zu einer homogenen Kraftverteilung innerhalb der Tragstruktur und andererseits zu einer einfachen, automatisierbaren und kostengünstigen Fertigung solcher X-Muster-Strukturen.
  • In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Tragstruktur sind die Streben-Paare durch im Wesentlichen horizontal verlaufende Längsstreben verbunden. Die Längsstreben sind vorzugsweise im unteren Viertel der Tragstruktur angeordnet. Sie dienen zur Stabilisierung der Tragstruktur und nehmen im Wesentlichen horizontalwirkende Kräfte auf. Bei der Abstützung der eingeleiteten Lasten gegen den Meeresboden spielen die horizontalen Längsstreben eine untergeordnete Rolle.
  • Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform bei der die Diagonalstreben und/oder Längsstreben einen geringeren Durchmesser als die sich über die im Wesentlichen gesamte Länge der Tragstruktur erstreckenden Einzelstreben aufweisen. Da die Diagonalstreben und die Längsstreben in erster Linie für die Stabilität der Tragstruktur verantwortlich sind und die auf die Tragstruktur wirkenden Lasten von den sich über die im Wesentlichen gesamte Länge der Tragstruktur erstreckenden Einzelstreben aufgenommen werden, können die Diagonalstreben und/oder Längsstreben im Vergleich kleiner ausgelegt werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Diagonalstreben und/oder die Längsstreben der Tragstruktur als HFI (Hochfrequenz-Induktionsschweißen-) Rohre und/oder MSH (Mannesmann Stahlbau Hohlprofil-) Rohre ausgeführt. Diese Rohre bieten sich durch eine ausreichende Tragfähig und einen niedrigen Preis für den Einsatz als Diagonalstreben und/oder Längsstreben an.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Tragstruktur einen dreieckigen, quadratischen, fünfeckigen, sechseckigen oder runden Querschnitt auf.
  • Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tragstruktur, die eine Schnittstelle zur Montage eines Turms einer Windenergieanlage aufweist. Diese Schnittstelle stellt eine Montageplattform dar und verteilt die auf die Tragstruktur wirkenden Lasten vorzugsweise zu gleichen Teilen auf die sich über die im Wesentlichen gesamte Länge der Tragstruktur erstreckenden Einzelstreben.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tragstruktur sind die Streben wenigstens teilweise mit einem Überzug beschichtet. Der Überzug ist vorzugsweise als Kunststoffüberzug ausgeführt und wirkt der Alterung und Zersetzung der Streben entgegen. Sind die Streben als verschweißte Stahlrohre ausgeführt, setzt durch die korrosionsfördernde Umgebung bei unbeschichteten Rohren und Schweißnähten schnell ein Zersetzungsprozess ein, dem zur Gewährleistung der Tragfähigkeit der Tragstruktur entgegengewirkt werden muss. Beschichtungen auf Polyurethan- und Epoxidharz-Basis haben sich für den Einsatz für Offshore Tragstrukturen bewährt und wirken dem Korrosionsprozess effektiv entgegen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Figur näher beschrieben, ohne dass diese den Schutzbereich der Schutzansprüche beschränken soll. Es stellt dar:
    Fig. 1: perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Tragstruktur
  • Figur 1 zeigt eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Tragstruktur (1). Die Tragstruktur (1) weist eine quadratische Grundfläche auf, und die Breite nimmt vom unteren Ende bis zum oberen Ende der Tragstruktur (1) konstant ab. An den vier Außenkanten der Tragstruktur (1) sind jeweils zwei sich über die im Wesentlichen gesamte Länge der Tragstruktur erstreckende parallel zueinander ausgerichtete Einzelstreben (2a, 2b) angeordnet. Diese nehmen im Betrieb in einem hohen Mass vertikale Lasten auf.
  • Die parallel zueinander ausgerichteten Einzelstreben (2a, 2b) bilden an jeder der vier Außenkanten der Tragstruktur (1) ein Streben-Paar (4a, 4b, 4c, 4d). Die vier Streben-Paare (4a, 4b, 4c, 4d) sind durch die quadratische Grundfläche der Tragstruktur (1) gleichmäßig über den Umfang der Tragstruktur (1) angeordnet.
  • Die Einzelstreben (2a, 2b) sind als Spiralnaht- oder Längsnaht-geschweißte Rohre ausgebildet. Durch eine leichte Neigung der Einzelstreben (2a, 2b) bzw. der Streben-Paare (4a, 4b, 4c, 4d) in Richtung der vertikalen Mittelachse der Tragstruktur (1), die zwischen 0 Grad und 30 Grad betragen kann, wird eine kegelstumpfartige Außenkontur ausgebildet.
  • Die Einzelstreben (2a, 2b) der Streben-Paare (4a, 4b, 4c, 4d) sind nicht aus einzelnen Rohrabschnitten zusammengesetzt, sondern stellen durchgängige Einzelrohre dar und weisen über ihre gesamte Länge eine einheitliche Wandstärke auf.
  • Die zwei Einzelstreben (2a, 2b) der Streben-Paare (4a, 4b, 4c, 4d) laufen an ihren unteren Enden V-förmig zu bodenseitigen Abschlüssen (6a, 6b, 6c, 6d) zusammen. Die an den bodenseitigen Abschlüssen (6a, 6b, 6c, 6d) angeordneten Fußelemente (8a, 8b, 8c, 8d) werden an im Meeresboden verankerten Pfählen (nicht dargestellt) angeordnet, um die Tragstruktur (1) auf dem Meeresboden zu fixieren. Die Fußelemente (8a, 8b, 8c, 8d) sind dabei im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet.
  • Mehrere kurze Verbindungsstreben (10) verbinden die beiden zueinander parallelen Einzelstreben (2a, 2b) eines Streben-Paares (4a, 4b, 4c, 4d). Die Streben-Paare (4a, 4b, 4c, 4d) sind durch Diagonalstreben (12) und Längsstreben (16) miteinander verbunden.
  • Die Diagonalstreben (12) sind dabei in einer X-Muster-Struktur zwischen zwei Einzelstreben (2) zweier nebeneinanderliegender Streben-Paare (4a, 4b, 4c, 4d) angeordnet. Die verschiedenen X-Muster-Strukturen der Tragstruktur (1) weisen in ihrer Mitte jeweils einen baugleichen Kreuzknoten (14) auf. Die X-Muster-Strukturen unterscheiden sich lediglich durch die Länge der mit dem Kreuzknoten (14) verbundenen Diagonalstreben (12).
  • Die vier Längsstreben (16) bilden die unterste Verbindung zwischen den einzelnen Streben-Paaren (4a, 4b, 4c, 4d) und sind zwischen den bodenseitigen Abschlüssen (6a, 6b, 6c, 6d) und den untersten X-Muster-Strukturen angeordnet.
  • Die Diagonalstreben (12) wie auch die Längsstreben (16) der Tragstruktur (1) weisen einen geringeren Durchmesser als die Einzelstreben (2a, 2b) der vier Streben-Paare (4a, 4b, 4c, 4d) auf. Die Diagonalstreben (12) und/oder die Längsstreben (16) können dabei als HFI (Hochfrequenz-Induktionsschweißen-) Rohre und/oder MSH (Mannesmann Stahlbau Hohlprofil-) Rohre ausgeführt sein.
  • Am oberen Ende der Tragstruktur (1) ist eine Schnittstelle (18) zur Aufnahme eines Turms einer Windenergieanlage angeordnet. Die Schnittstelle (18) verteilt die vertikalen Lasten eines Windenergieanlagenturms gleichmäßig auf die vier Streben-Paare (4a, ab, 4c, 4d).
  • In der Figurenbeschreibung sowie in der Figurendarstellung werden die folgenden Bezugsziffern verwendet:
    • 1
    Tragstruktur
    2a, 2b
    Einzelstreben eines Streben-Paares
    4a, 4b, 4c, 4d
    Streben-Paare
    6a, 6b, 6c, 6d
    bodenseitige Abschlüsse
    8a, 8b, 8c, 8d
    Fußelemente
    10
    Verbindungsstreben
    12
    Diagonalstreben
    14
    Kreuzknoten
    16
    Längsstreben
    18
    Schnittstelle zur Montage eines Turm einer Windenergieanlage

Claims (14)

  1. Tragstruktur (1) für Offshore-Anlagen, insbesondere Windenergieanlagen, zur Verankerung am Meeresboden aus einer Vielzahl von eine im Wesentlichen fachwerkartige Struktur ausbildenden, miteinander verbundenen Streben, wobei mindestens zwei sich über die im Wesentlichen gesamte Länge der Tragstruktur (1) erstreckende Einzelstreben (2a, 2b) im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei sich über die im Wesentlichen gesamte Länge der Tragstruktur (1) erstreckenden Einzelstreben (2a, 2b) ein Streben-Paar (4a, 4b, 4c, 4d) bilden,
    dass die Tragstruktur (1) eine mehreckige Außenkontur aufweist, wobei an jeder Außenkante der Tragstruktur (1) ein Streben-Paar (4a, 4b, 4c, 4d) angeordnet ist.
  2. Tragstruktur (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei sich über die im Wesentlichen gesamte Länge der Tragstruktur (1) erstreckenden Einzelstreben (2a, 2b) im aufgestellten Zustand der Tragstruktur (1) vornehmlich vertikal oder in einem Winkel von 0 Grad bis 30 Grad zu einer vertikalen Ebene angeordnet sind.
  3. Tragstruktur (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelstreben (2a, 2b) im Wesentlichen eine einheitliche Wandstärke aufweisen.
  4. Tragstruktur (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die sich über die im Wesentlichen gesamte Länge der Tragstruktur (1) erstreckenden Einzelstreben (2a, 2b) als vorzugsweise nichtzusammengesetzte, benachbarte Rohre ausgebildet sind.
  5. Tragstruktur (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die sich über die im Wesentlichen gesamte Länge der Tragstruktur (1) erstreckenden Einzelstreben (2a, 2b) als Spiralnaht-geschweißte Stahlrohre und/oder Längsnaht-geschweißte Stahlrohre ausgebildet sind.
  6. Tragstruktur (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (1) mehrere, vorzugsweise drei, vier, fünf oder sechs, im Außenbereich gleichmäßig über den Umfang angeordnete Streben-Paare (4a, 4b, 4c, 4d) aufweist.
  7. Tragstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Streben eines Streben-Paares (4a, 4b, 4c, 4d) an ihrem unteren Ende V-förmig zu einem bodenseitigen Abschluss (6a, 6b, 6c, 6d) zusammenlaufen.
  8. Tragstruktur (1) nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass an jedem bodenseitigen Abschluss (6a, 6b, 6c, 6d) ein Fußelement (8a, 8b, 8c, 8d) angeordnet ist, das mit einem im Meeresboden verankerten Pfahl verbindbar ist.
  9. Tragstruktur (1) nach Anspruch 8,
    gekennzeichnet durch mehrere, vorzugsweise drei, vier, fünf oder sechs, am Meeresboden verankerbare im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete Fußelemente (8a, 8b, 8c, 8d).
  10. Tragstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass die zwei im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten Einzelstreben (2a, 2b) eines Streben-Paares (4a, 4b, 4c, 4d) mittels einer oder mehrerer im Wesentlichen horizontal angeordneter Verbindungsstreben (10) verbindbar sind.
  11. Tragstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Streben-Paare (4a, 4b, 4c, 4d) durch im Wesentlichen diagonal verlaufende Diagonalstreben (12) verbindbar sind.
  12. Tragstruktur (1) nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass zwei in einem X-Muster gekreuzte Diagonalstreben (12) zwischen zwei auf der gleichen Seite angeordneten benachbarten Streben (2) verschiedener Streben-Paare (4a, 4b, 4c, 4d) anordenbar sind.
  13. Tragstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Streben-Paare (4a, 4b, 4c, 4d) durch im Wesentlichen horizontal verlaufende Längsstrebens (16) verbindbar sind.
  14. Tragstruktur (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Streben der Tragstruktur (1) wenigstens teilweise mit einem Überzug, insbesondere mit einem Kunststoffüberzug, beschichtet sind.
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