PL246060B1

PL246060B1 - Monopal fundamentowy i sposób posadowienia monopala fundamentowego

Info

Publication number: PL246060B1
Application number: PL437944A
Authority: PL
Inventors: Arkadiusz KROPIDŁOWSKI; Arkadiusz Kropidłowski
Original assignee: Berent Piotr; Kropidlowski Arkadiusz
Priority date: 2021-05-24
Filing date: 2021-05-24
Publication date: 2024-11-25
Also published as: EP4347951A1; EP4347951C0; WO2022250550A1; EP4347951B1; US12601136B2; PL437944A1; US20240247458A1

Abstract

Monopal fundamentowy ma postać cylindrycznej stalowej rury przeznaczonej do pogrążenia w dnie akwenu. Strefa naddenna zawiera górny kołnierz przyłączeniowy oraz wewnątrz szczelną membranę (21) złożoną z płyty dolnej i płyty górnej pomiędzy którymi znajduje się co najmniej jedno żebro wzmacniające oraz wypełnienie (30) w postaci tworzywa na bazie cementu. Ponad membraną (21) monopal zawiera suchą przestrzeń użytkową (26b) pomiędzy membraną (21) a górnym kołnierzem przyłączeniowym zawierającą wewnętrzną infrastrukturę roboczą (27). Sposób posadowienia monopala fundamentowego na dnie akwenu, polega na tym, że w strefie dennej monopala mocuje się chwytak opasujący oraz w strefie naddennej (26a) mocuje się zaczep transportowy i pionizuje się monopal. Po spionizowaniu monopala, na jego obwodzie zamyka się urządzenie geopionizujące, po czym zanurza się monopal w akwenie, a następnie pogrąża się monopal w dnie akwenu, przy czym w trakcie zanurzania i pogrążania, powietrze i wodę wraz z osadami dennymi odprowadza się na zewnątrz monopala przez otwory wylotowe (19) poniżej dolnej płyty membrany, z wykorzystaniem poduszki powietrznej, nad otworami wylotowymi (19). Odblokowuje się chwytak opasujący i monopal pogrąża się grawitacyjnie w dnie akwenu. Demontuje się zaczep na szczycie monopala i w jego miejsce instaluje się urządzenie do pogrążania monopala w dnie akwenu w docelowym miejscu. Demontuje się chwytak zaś monopal dociąża się w taki sposób, że suchą przestrzeń użytkową (26b) monopala, ponad membraną (21) wyposaża się w infrastrukturę roboczą (27) po czym na kołnierzu przyłączeniowym na szczycie monopala montuje się część pośrednią (28) i do niej montuje się urządzenie robocze (29), na przykład elektrownię wiatrową, zaś strefę naddenną wnętrza monopala wypełnia się gazem obojętnym.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest monopal fundamentowy dla budowli zlokalizowanych na akwenach oraz sposób posadowienia monopala fundamentowego w dnie akwenu. Pod określeniem monopal fundamentowy rozumieć należy rurę cylindryczną składającą się z arkuszy blachy giętej, połączonych nierozłącznie technologią spawania. Monopal fundamentowy stanowi fundament lub część fundamentu budowli typu offshore. Pod pojęciem akwenu rozumieć należy dowolnie określony obszar słono- lub słodkowodny. Fundamenty tego typu stanowią konstrukcję wsporczą na której opiera się urządzenie robocze i posadawia się je poprzez zagłębianie wibracyjne i/lub impulsowe w dnie akwenu. Monopal fundamentowy stosowany jest jako fundament lub element fundamentu pod konstrukcje wykorzystujące na przykład odnawialne źródła energii takie jak wiatr, słońce czy pływy i prądy morskie. Konstrukcjami roboczymi są zgodnie z wynalazkiem zwłaszcza turbiny wiatrowe tworzące farmy energetyczne na akwenach w systemie offshore, stacje transformatorowe lub pływające farmy fotowoltaiczne.

Istnieje szereg znanych rozwiązań fundamentu w postaci monopala fundamentowego pod budowę urządzeń roboczych typu offshore.

W rozwiązaniu znanym z ujawnienia europejskiego patentu EP 3103924A1 przedstawiono monopal fundamentowy dla morskiej konstrukcji wieży składającej się z fragmentu do instalacji wieży oraz z podstawy, przy czym monopal fundamentowy jako całość jest częściowo osadzony w dnie morskim, a podstawa łączy się z monopalem fundamentowym obwodowo. Podstawa zawiera kołnierz otaczający krawędź monopala fundamentowego. Wynalazek dotyczy również sposobu posadowienia fundamentu, polegającego na wibracyjnym pogrążaniu monopala fundamentowego w dno akwenu.

Dalsze znane rozwiązanie pochodzi z publikacji opisu zgłoszenia międzynarodowego WO 03/095748A1 gdzie przedstawiono fundament w szczególności dla morskiej turbiny wiatrowej. Podstawa fundamentu ma dwie lub więcej odnóg rozgałęzionych z centralnej konstrukcji wsporczej, gdzie słupy nośne są w całości lub w większości uformowane z blachy stalowej. Wynalazek zapewnia prostszą formę konstrukcji dla morskiej bazy, zastępując obecnie używane rurowe elementy stalowe, które mają trudne układy do spawania, znacznie prostszym układem do spawania, z mocniejszymi punktami naprężenia i z łatwiejszymi do zredukowania naprężeniami. Punkty naprężenia zostały wzmocnione przez zastosowanie usztywniaczy. Wykazano, że to znane rozwiązanie zapewnia odpowiednią podstawę dla morskiej turbiny wiatrowej, wykorzystując nawet przy znacznej wysokości fal do 8 m, głębokości wody do 15 m i prędkości prądu około 2 m.

Inne znane rozwiązanie przedstawiono w dokumencie patentowym JP 2020190152A gdzie ujawniona została konstrukcja fundamentowa morskiej turbiny wiatrowej oraz konstrukcja wsporcza fundamentu, która może stabilnie podeprzeć morską turbinę wiatrową za pomocą fundamentu opartego na jednym palu fundamentowym. Jednopalowa konstrukcja nośna fundamentu morskiej turbiny wiatrowej zawiera: sekcję ściany, umieszczonej wzdłuż obwodowej powierzchni pala fundamentowego, otwór przelotowy, wycięty w sekcji ściany przez który przechodzi pal fundamentowy oraz dolną powierzchnię, która rozciąga się na zewnątrz od dolnego końca sekcji ściany.

Kolejne znane rozwiązanie ujawniono w publikacji europejskiego zgłoszenia EP 3502353A1, gdzie opisano system budowy fundamentów dla morskiej turbiny wiatrowej, w którym monopal fundamentowy ma górną część z pierwszym łącznikiem mocującym zespół platformy fundame ntowej, oraz wewnętrzny, drugi łącznik mocujący we wnęce wewnętrznej monopala fundamentowego do mocowania co najmniej jednej elektrycznej jednostki platformy, oraz trzeci łącznik mocujący do mocowania wieży morskiej turbiny wiatrowej na szczycie jednostki platformy. Górna część jest według tego znanego rozwiązania umieszczona co najmniej częściowo nad poziomem morza, gdzie platforma fundamentowa rozciąga się wokół wieży zaś elektryczny zespół platformy zawiera co najmniej jedną platformę dla wyposażenia elektrycznego morskiej turbiny wiatrowej.

Inne znane rozwiązanie ujawniono w dokumencie EP 3795823A1, gdzie opisano monopal fundamentowy zawierający korpus z wydrążonym wnętrzem, trzpień na końcu do wprowadzenia w grunt podczas zagłębiania monopala fundamentowego oraz strefę nadwodną przeznaczoną do zamocowania konstrukcji, takich jak wieża turbiny wiatrowej. Korpus roboczy monopala fundamentowego zawiera ponadto otwór wejściowy wykonany w korpusie w celu uzyskania dostępu do wnętrza.

Znanych jest ponadto szereg rozwiązań w zakresie sposobów posadowienia monopala fundamentowego w dnie akwenu.

W rozwiązaniu znanym z opisu zgłoszeniowego europejskiego nr EP 2372143A1 znane jest rozwiązanie dotyczące sposobu posadowienia na morzu dużego, smukłego korpusu, takiego jak monopal fundamentowy do posadowienia turbiny wiatrowej. Sposób obejmuje doprowadzenie korpusu do poziomego położenia, co najmniej częściowo pod pomostem roboczym platformy, przymocowanie liny napinającej do korpusu i podniesienie tej liny napinającej za pomocą środków mocujących i środków prowadzących, które są połączone z krawędzią platformy roboczej. Stopniowo doprowadza się korpus do pozycji pionowej, w pobliżu krawędzi platformy roboczej. Korpus jest następnie wbijany w dno akwenu. Wynalazek dotyczy również urządzenia do realizacji tego sposobu.

Kolejne znane rozwiązanie pochodzi ze zgłoszenia międzynarodowego WO 2010/103114, gdzie ujawniono sposób budowy turbiny wiatrowej składającej się z wieży z prefabrykowaną dolną częścią, którą buduje przed posadowieniem wieży na fundamencie. Dolna część mieści urządzenia elektryczne. Prefabrykowana dolna część wieży dla turbiny wiatrowej zawiera wyposażenie elektryczne umieszczone na dwóch lub więcej kondygnacjach.

Kolejne znane rozwiązanie pochodzi z dokumentu patentowego GB 2584958A. Sposób montażu morskiej konstrukcji pod turbinę wiatrową na akwenie realizuje się poprzez wbijanie modułów monopala w grunt dna. Do pogrążonych w dnie modułów monopala mocuje się kolejne elementy. Połączenia części roboczych monopala realizowane są za pomocą zespołu łączącego, z wykorzystaniem uszczelnienia płynnego, w obszarze uszczelnienia pomiędzy monopalem oraz dalszym elementem, aby przeciwdziałać przedostawaniu się wody otaczającej konstrukcję do zespołu łączącego. Ciecz uszczelnienia płynnego nie miesza się z wodą i pozostaje płynna, aby uszczelnić połączenie i zahamować korozję. Ponieważ płyn nie wiąże tak jak tradycyjna fuga, połączenie jest mniej podatne na uszkodzenia. Ciecz uszczelniająca może stanowić hydrofobowy żel niewodny na bazie oleju, który jest bardziej gęsty niż woda, ze środkiem zwiększającym lepkość. Aparaturą dozującą ciecz może być w tym znanym rozwiązaniu, zbiornik zawierający płyn dostarczany do obszaru uszczelnienia przewodem i urządzenie do kontroli przepływu. Przewidziano również stałe elementy uszczelniające, które mogą dodatkowo ograniczać obszar uszczelnienia, aby zapobiec mieszaniu się cieczy uszczelniającej z otaczającą wodą.

Celem wynalazku jest opracowanie nowej konstrukcji suchego monopala fundamentowego dla budowli posadowionych w dnie akwenu. Monopal fundamentowy jest przeznaczony jako rozwiązanie dedykowane dla morskich budowli, głównie farm wiatrowych w systemie offshore. Określenie monopal fundamentowy suchy oznacza monopal z suchą częścią użytkową wnętrza.

W dotychczasowych rozwiązaniach monopali fundamentowych w systemach offshore, przestrzeń wewnętrzna pala jest wypełniona materiałem gruntowym dna akwenu oraz wodą, gdzie wnętrze stanowi spójną ciągłą objętość nierozdzieloną żadną przegrodą, przez co nie jest możliwe użytkowe wykorzystanie wspomnianej przestrzeni. Przedmiotowe rozwiązanie przewiduje zastosowanie szczelnej membrany stanowiącej przegrodę we wnętrzu pala fundamentowego. Rozwiązanie to przewiduje uzyskanie przestrzeni bezwzględnie suchej co umożliwia użytkowe zagospodarowanie przestrzeni urządzeniami roboczymi, które mogą współpracować bądź rozszerzać funkcjonalność urządzeń roboczych posadowionych na fundamencie. Przykładowymi urządzeniami roboczymi, które mogą być zainstalowane w suchym wnętrzu monopala fundamentowego mogą być: magazyny energii, cylindryczny zbiornik ciśnieniowy z modułem wytwarzania i zatłaczania gazu, urządzenia chłodnicze współpracujące z urządzeniem roboczym lub moduł odsalania wody, gdzie sucha przestrzeń użytkowa przeznaczona może zostać na zbiornik wody słodkiej.

Według wynalazku, monopal fundamentowy ma postać cylindrycznej stalowej rury przeznaczonej do pogrążenia w dnie akwenu i składa się ze strefy naddennej oraz strefy dennej gdzie strefa naddenna zawiera górny kołnierz przyłączeniowy.

Według wynalazku, monopal fundamentowy charakteryzuje się tym, że ma wewnątrz szczelną membranę złożoną z płyty dolnej i płyty górnej pomiędzy którymi znajduje się co najmniej jedno żebro wzmacniające oraz wypełnienie. Ponad membraną monopal fundamentowy zawiera suchą przestrzeń użytkową pomiędzy membraną, a górnym kołnierzem przyłączeniowym. Monopal fundamentowy poniżej dolnej płyty membrany zawiera otwory wylotowe. Przestrzeń pomiędzy dolną płytą membrany, a górną krawędzią otworów wylotowych stanowi poduszka powietrzna.

Według wynalazku, sucha przestrzeń użytkowa monopala fundamentowego korzystnie zawiera wewnętrzną infrastrukturę roboczą.

Infrastruktura robocza umiejscowiona jest korzystnie na co najmniej jednej kondygnacji wydzielonej we wnętrzu monopala fundamentowego platformą roboczą z zamocowaną co najmniej jedną belką rozporową.

Przestrzeń użytkowa wnętrza strefy naddennej monopala fundamentowego, korzystnie wypełniona jest gazem obojętnym.

Wypełnienie membrany, pomiędzy płytą dolną i płytą górną stanowi korzystnie tworzywo na bazie cementu.

W korzystnej wersji rozwiązania według wynalazku, infrastrukturę roboczą stanowi co najmniej jeden magazyn energii.

W innej korzystnej wersji infrastrukturę roboczą monopala fundamentowego stanowi co najmniej jedno urządzenie do wytwarzania i zatłaczania gazu wraz ze zbiornikiem magazynowym.

Infrastrukturę roboczą może stanowić co najmniej jedno urządzenie do odsalania wody.

Infrastrukturę roboczą w innej wersji rozwiązania według wynalazku może stanowić co najmniej jedno urządzenie chłodnicze.

Według wynalazku, sposób posadowienia monopala fundamentowego w dnie akwenu, polega na tym, że monopal fundamentowy umieszcza się na stanowisku instalacyjnym, pionizuje się monopal fundamentowy oraz stabilizuje się jego pozycję, a następnie opuszcza się monopal fundamentowy do styku z dnem akwenu, po czym pogrąża się monopal fundamentowy w dno akwenu, zaś do pionizowania i opuszczania monopala fundamentowego stosuje się zaczep transportowy.

Według wynalazku, sposób posadowienia monopala fundamentowego w dnie akwenu charakteryzuje się tym, że przed pionizowaniem w strefie dennej monopala fundamentowego mocuje się chwytak opasujący oraz do kołnierza przyłączeniowego monopala fundamentowego mocuje się zaczep transportowy. Pionizuje się monopal fundamentowy, a następnie po spionizowaniu monopala fundamentowego na jego obwodzie zamyka się urządzenie geopozycjonujące, po czym zanurza się monopal fundamentowy w akwenie. Następnie pogrąża się monopal fundamentowy w dnie akwenu, przy czym w trakcie zanurzania i pogrążania, powietrze i wodę wraz z osadami odprowadza się na zewnątrz monopala fundamentowego przez otwory wylotowe zlokalizowane poniżej dolnej płyty membrany. Następnie odblokowuje się chwytak i monopal fundamentowy pogrąża się w dnie akwenu grawitacyjnie po czym demontuje się zaczep transportowy na szczycie monopala fundamentowego i w jego miejsce instaluje się urządzenie do pogrążania monopala fundamentowego w dnie akwenu. Monopal fundamentowy pogrąża się w docelowym miejscu, po czym demontuje się chwytak, zaś monopal dociąża się w taki sposób, że suchą strefę naddenną wnętrza monopala fundamentowego ponad membraną wyposaża się w infrastrukturę roboczą. Na kołnierzu przyłączeniowym na szczycie monopala fundamentowego montuje się część pośrednią, po czym do niej montuje się urządzenie robocze zaś strefę naddenną wnętrza monopala fundamentowego zawierającą infrastrukturę roboczą ponad membraną wypełnia się gazem obojętnym.

Przed zainstalowaniem urządzenia do pogrążania monopala fundamentowego w dnie akwenu, korzystnie mocuje się wokół podstawy monopala fundamentowego urządzenie do wytwarzania kurtyny powietrznej, przy czym wyloty powietrza z tego urządzenia kieruje się w stronę powierzchni akwenu.

Według wynalazku, w trakcie posadawiania monopala fundamentowego korzystnie uzupełnia się objętość poduszki powietrznej pod dolną płytą membrany, ponad otworami wylotowymi.

Pod pojęciem posadowienia monopala fundamentowego w dnie akwenu rozumieć należy trzy etapy: etap zanurzania monopala fundamentowego w akwenie, etap pogrążania monopala w dnie akwenu oraz etap dociążania monopala fundamentowego poprzez montaż infrastruktury roboczej, części pośredniej oraz urządzenia roboczego.

Pozycję monopala fundamentowego można kontrolować digitalnie przy pomocy urządzenia geopozycjonującego będącego częścią komputera pokładowego stanowiska instalacyjnego.

Monopal fundamentowy korzystnie pogrąża się w dnie akwenu wibracyjnie.

Monopal fundamentowy korzystnie pogrąża się w dnie akwenu pulsacyjnie.

Monopal fundamentowy według wynalazku pozwala na zachowanie strefy naddennej wnętrza monopala jako bezwzględnie suchej, umożliwiając tym samym zapewnienie otoczenia pod instalację urządzeń roboczych wewnątrz monopala fundamentowego. Zabezpiecza to urządzenia przed środowiskiem korozyjnym, zwłaszcza na morzu.

Rozkład mas suchego monopala fundamentowego wraz z infrastrukturą roboczą oraz sposób aranżacji infrastruktury roboczej skutkuje większą sztywnością i stabilnością całej konstrukcji fundamentu. Dzięki temu możliwe jest takie ukształtowanie geometrii suchego monopala fundamentowego, które spowoduje znacznie niższe koszty jego realizacji i instalacji w porównaniu z odpowiadającym mu rozwiązaniem z monopalem klasycznym.

Ponadto membrana rozdzielając konstrukcyjne strefy monopala, wzmacnia konstrukcję poprzez swoją budowę z zespawanych ze sobą elementów. Membrana stanowi konstrukcję stalową z wypełnieniem tworzywem cementowym, wypełniającą fragment opisanej rury walcowej. Konstrukcja ta wpływa wzmacniająco na parametry nośności. Poprzez zabudowę infrastrukturą roboczą, uzyskano dociążenie monopala, co sprzyja sztywności i zwiększeniu masy konstrukcji.

Zastosowanie otworów wylotowych odprowadzających dla wody i elementów dna takich jak piasek lub żwir, pozwala na technologicznie sprawne pogrążanie monopala w dnie akwenu, bez względu na wybór technologii zagłębiania fundamentu. Odprowadzenie wody oraz fragmentów dna odbywa się poprzez otwory wylotowe z wytworzeniem poduszki powietrznej w obszarze pomiędzy dolną płytą membrany, a górnymi odcinkami krawędzi otworów wylotowych. Poduszka powietrzna zmniejsza swoją objętość podczas pogrążania monopala w dnie, na skutek wzrostu ciśnienia w trakcie zagłębiania monopala. Dzięki ściśliwości powietrza zawartego w poduszce powietrznej we wnętrzu monopala pod membraną, energia pochodząca od ruchu postępowego w dół jest wyzwalana poprzez rozprężenie powietrza, które wypiera na zewnątrz wodę o objętości odpowiadającej ruchowi postępowemu. Umożliwia to ruch postępowy w dół z istniejącą szczelną membraną wewnątrz monopala.

Przedmiot wynalazku pokazano na załączonym rysunku w przykładzie wykonania, gdzie kolejne figury rysunku ilustrują:

Fig. 1 - Transport monopala fundamentowego na stanowisko instalacyjne.

Fig. 2 - Monopal na stanowisku instalacyjnym.

Fig. 3 - Montaż chwytaka opasującego.

Fig. 4 - Montaż zaczepu transportowego.

Fig. 5 - Etap początkowy zatapiania monopala w akwenie.

Fig. 6 - Etap pośredni zatapiania w akwenie z uwidocznieniem poduszki powietrznej.

Fig. 7 - Etap końcowy zatapiania monopala w akwenie.

Fig. 8 - Mechaniczne pogrążanie monopala w dnie akwenu.

Fig. 9 - Monopal z infrastrukturą roboczą w postaci magazynów energii.

Fig. 10 - Monopal posadowiony w dnie akwenu, przed instalacją infrastruktury roboczej.

Fig. 11 - Wzdłużny przekrój monopala fundamentowego zagłębionego w dnie akwenu, z infrastrukturą roboczą w postaci magazynów energii elektrycznej.

Fig. 12 - Moduł kondygnacyjny zawierający dwa magazyny energii na jednej platformie roboczej.

Fig. 13 - Monopal zawierający infrastrukturę roboczą do wytwarzania i magazynowania gazu.

Fig. 14 - Monopal zawierający infrastrukturę roboczą do wytwarzania i magazynowania słodkiej wody.

Na rysunku fig. 1 pokazano, że w początkowym etapie za pomocą dźwigu 1 przenosi się monopal 2 ze stanowiska dostawczego 3 na stanowisko instalacyjne 4. Stanowisko instalacyjne 4 w tym przykładzie wykonania stanowi statek samopodnośny. W innym przykładzie wykonania, stanowisko instalacyjne może stanowić jednostka pływająca wyposażona w system dynamicznego pozycjonowania i balastowania. Transport odbywa się z wykorzystaniem dźwigu instalacyjnego 1, gdzie do zawiesi dźwigu 5 mocuje się trawersę 6, do której po jej przeciwległych końcach roboczych 7 mocuje się co najmniej dwa zawiesia 5, do których mocuje się monopal 2 który transportuje się dźwigiem instalacyjnym 1 dalej na stanowisko instalacyjne 4.

W innym przykładzie wykonania, transport oraz pionizację monopala 2 wykonuje się z dźwigu 1 będącego osobnym stanowiskiem instalacyjnym. W kolejnym, przykładzie wykonania, stanowiskiem dostawczym 3 jest barka transportowa zaś stanowiskiem instalacyjnym jest jednostka samopodnośna.

Na rysunku fig. 2 pokazano etap ułożenia monopala 2 na stanowisku instalacyjnym 4, gdzie monopal 2 umieszcza się na podporach 8a oraz 8b i zabezpiecza się pasem ściągającym 9, który łączy się z pokładem stanowiska instalacyjnego 4. W innym przykładzie wykonania, pas ściągający 9 może łączyć się z podporą 8b. Następnie od monopala 2 odczepia się zawiesia 5 wraz z trawersą 6 i pozostawia się monopal 2 na stanowisku instalacyjnym 4 na podporze wewnątrzpokładowej 8b zawierającej bębnową wciągarkę linową 10 oraz na podporze skrajnej 8a zawierającej zespół rolek prowadzących 11.

Na rysunku fig. 3 pokazano kolejny etap posadowienia monopala 2 gdzie w strefie dennej 12 monopala 2, poniżej membrany 21, za pomocą dźwigu instalacyjnego 1 zakłada się chwytak opasujący 13, Transport na tym etapie odbywa się w taki sposób, że chwytak opasujący 13 zakładany jest na monopal 2 z użyciem systemu zawiesi 5 i trawersy 6. Następnie zakłada się liny 16 wciągarek linowych 10 na zaczepach chwytaka opasującego 13. Po założeniu lin 16, za pomocą dźwigu instalacyjnego 1 montuje się zaczep transportowy 14 na krawędzi wewnętrznej kołnierza przyłączeniowego 15 co pokazano na rysunku fig. 4 i zatapia się monopal w akwenie.

Na rysunku fig. 5 pokazano początkowy etap zatapiania, w którym zamyka się urządzenie geopozycjonujące 17a na obwodzie monopala 2 umożliwiając tym samym ruch monopala 2 w górę lub w dół przy pomocy dźwigu instalacyjnego 1 przy czym urządzenie geopozycjonujące 17a sterowane jest za pomocą komputera pokładowego 17b. Po ustaleniu geopozycji monopala 2, kontynuuje się opuszczanie monopala 2 utrzymując jego pozycję pionową. Monopal 2 podtrzymuje się w dalszym ciągu dźwigiem instalacyjnym 1, linami 16 wciągarek bębnowych 10 oraz urządzeniem geopozycjonującym 17a.

Na rysunku fig. 6 pokazano etap pośredni zatapiania monopala 2 w dnie akwenu, gdzie kontynuuje się zatapianie monopala fundamentowego 2 w kierunku dna akwenu 18b, w taki sposób że do płynnego zatapiania monopala 2 wykorzystuje się pracę otworów wylotowych 19 poduszki powietrznej 20a, w taki sposób, że reguluje się ciśnienie wewnątrz strefy dennej 12 monopala fundamentowego 2 poprzez samoistne wytworzenie poduszki powietrznej 20a podczas zanurzania monopala fundamentowego 2. Poduszka powietrzna 20a znajduje się nad krawędziami otworów wylotowych 19 i pod dolną płytą 22 membrany 21. W miarę zatapiania monopala 2 w dnie akwenu 18b poduszka powietrzna 20a podlega zwiększającemu się ciśnieniu i zmniejsza swoją objętość na skutek ściśliwości zawartego w niej powietrza. Na rysunku fig. 6 pokazano ponadto etap zatapiania, gdzie monopal 2 opiera się na dnie akwenu 18b poprzez poduszkę powietrzną 20a opierającą się o wewnętrzny słup wody sięgający do strefy otworów wylotowych 19. Na tym etapie monopal 2 jest podtrzymywany przez dźwig 1 oraz pozycjonowany jest poprzez urządzenie geopozycjonujące 17a. W innym przykładzie wykonania objętość poduszki powietrznej 20a reguluje się za pomocą pracy sprężarki 24a, w taki sposób, że przez otwory wylotowe 19 wprowadza się przewody sprężarki powietrza 24b, co pokazano na fig. 7.

Na rysunku fig. 8 pokazano kolejny etap gdzie wymienia się osprzęt poprzez demontaż zaczepu transportowego 14 na szczycie monopala i instalację urządzenia do pulsacyjnego bądź wibracyjnego pogrążania 25 monopala 2 w dnie akwenu 18b. Na dnie akwenu 18b wokół monopala 2 montuje się urządzenie do wytwarzania kurtyny powietrznej 20b, przy czym wyloty powietrza z tego urządzenia kieruje się do powierzchni akwenu.

Na kolejnym rysunku fig. 9 pokazano etap gdzie zdemontowano urządzenie geopozycjonujące 17a oraz liny 16 i chwytak 13 i pozostawia się monopal 2 pogrążony w dnie akwenu 18b w miejscu docelowym, następnie suchą przestrzeń użytkową 26b wyposaża się w infrastrukturę roboczą 27, zaś na kołnierzu przyłączeniowym 15 montuje część pośrednią 28. W tym przykładzie infrastrukturę roboczą 27 stanowi magazyn energii elektrycznej 34. Pod pojęciem części pośredniej 28 fundamentu rozumieć należy konstrukcję zamocowaną do kołnierza przyłączeniowego 15 monopala 2, do której to części pośredniej 28 montuje się urządzenie robocze 29. Po zakończonym montażu i próbach ruchowych urządzeń, suchą strefę naddenną 26a wypełnia się gazem obojętnym. W tyra przykładzie wykonania urządzenie robocze 29 stanowi turbina wiatrowa.

W przykładzie wykonania pokazanym na rysunku fig. 10 pokazano elementy konstrukcyjne monopala fundamentowego 2. W tym przykładzie wykonania monopal fundamentowy 2 w strefie naddennej zawiera membranę 21 złożoną z płyty dolnej 22 i płyty górnej 23. Pod pojęciem membrany 21 rozumieć należy nieprzepuszczalną barierę między strefą naddenną 26a, a strefą denną 12 monopala fundamentowego 2, z wypełnieniem 30 tworzywem na bazie cementu oraz z usztywnieniem w postaci żeber wzmacniających 31. Wypełnienie 30 znajduje się pomiędzy dolną płytą membrany 22 a jej górną płytą 23. W tym przykładzie wykonania wypełnienie 30 stanowi beton. Ponad membraną monopal zawiera strefę naddenną 26a, do zagospodarowania infrastrukturą roboczą 27. W strefie dennej 12 konstrukcji monopala fundamentowego 2, w sąsiedztwie dolnej płyty membrany 22 znajdują się otwory wylotowe 19 dla powietrza i wody wykorzystywane w trakcie posadawiania monopala 2 w dnie akwenu.

Na rysunkach od fig. 11 do fig. 14 pokazano zagospodarowanie suchej przestrzeni użytkowej 26b we wnętrzu strefy naddennej 26a monopala 2. W przykładzie wykonania według fig. 11 aranżacja obejmuje infrastrukturę roboczą 27 w postaci magazynu energii elektrycznej 34. Aranżacja magazynu energii 34 ukazana została w tym przykładzie wykonania jako system modułowy, w postaci dwóch zestawów baterii 35 na jeden moduł kondygnacyjny 36, rozmieszczonych pionowo na kolejnych kondygnacjach 37 wewnątrz suchej strefy naddennej 26a. W tym przykładzie wykonania na każdej kondygnacji 37 znajduje się platforma robocza 39 zawierająca dwa zestawy baterii 35 w każdym zestawie w postaci bloku. Ponadto moduł kondygnacyjny 36 w tym przykładzie wykonania wydzielony jest platformą roboczą 39, która służy do przemieszczania się po module kondygnacyjnym 36.

Moduł kondygnacyjny 36 w przykładzie wykonania fig. 12 zawiera główny szyb kablowy 40, szyb kablowy 38 oraz szyb transportowy 41 do transportu serwisantów i sprzętu między modułami kondygnacyjnymi 36. Każdy moduł kondygnacyjny 36 zawiera ponadto centralnie osadzony fragment kolumny 42 z włazem rewizyjnym 43, co pokazano na fig. 11 oraz fig. 12. Poszczególne moduły kondygnacyjne 36 łączy się ze sobą piętrowo kolumnami łączeniowymi 48, co pokazano na fig. 11 oraz 12.

W innym przykładzie wykonania, pokazanym na rysunku fig. 13, aranżację wnętrza monopala 2 w strefie naddennej 26a pokazanej na rysunku fig. 10, zrealizowano w formie zabudowy wewnętrznej jako infrastruktura robocza 27 w postaci modułu do wytwarzania, zatłaczania i magazynowania gazu 44 oraz zbiornika ciśnieniowego na gaz 45. W tym przykładzie wykonania wytwarzany i magazynowany gaz stanowi wodór. W innym przykładzie wykonania może to być amoniak lub inne gazy. Kolejnym przykładem aranżacji infrastruktury roboczej 27 może być urządzenie do wytwarzania i magazynowania słodkiej wody w postaci modułu odsalającego 46 oraz przestrzeni do magazynowania słodkiej wody 47, co pokazano na fig. 14.

W innym przykładzie wykonania infrastruktura robocza 27 może zawierać zestawy innych urządzeń, na przykład urządzeń chłodniczych.

Co do zasady, wymienione przykładowo urządzenia stanowiące infrastrukturę roboczą 27 we wnętrzu monopala 2, zasilane są w energię z urządzenia roboczego 29, zamocowanego na szczycie monopala fundamentowego 2 według wynalazku. Opisane przykłady wykonania nie wyczerpują innych przykładowych rozwiązań monopala 2 według wynalazku, zarówno w zakresie jego konstrukcji jak i w zakresie aranżacji dla wykorzystania jego suchego wnętrza.

Wykaz oznaczeń

1. Dźwig instalacyjny

2. Monopal fundamentowy

3. Stanowisko dostawcze

4. Stanowisko instalacyjne

5. Zawiesie dźwigu

6. Trawersa

7. Koniec roboczy

8a. Podpora skrajna

8b. Podpora wewnątrzpokładowa

8c. Podpora

9. Pas ściągający

10. Bębnowa wciągarka

11. Zespół rolek prowadzących

12. Strefa denna

13. Chwytak opasujący

14. Zaczep transportowy

15. Kołnierz przyłączeniowy

16. Lina

17a. Urządzenie geopozycjonujące

17b. Komputer pokładowy

18a. Linia wody

18b. Dno akwenu

19. Otwór wylotowy

20a. Poduszka powietrzna

20b. Kurtyna powietrzna

21. Membrana

22. Dolna płyta membrany

23. Górna płyta membrany

24a. Sprężarka

24b. Przewody sprężarki powietrza

25. Urządzenie do pogrążania

26a. Strefa naddenna

26b. Sucha przestrzeń użytkowa

27. Infrastruktura robocza

28. Część pośrednia

29. Urządzenie robocze

30. Wypełnienie

31. Żebro wzmacniające

32. Kolumna wzmacniająco-usztywniająca

33. Struktura dna akwenu

34. Magazyn energii elektrycznej

35. Zestaw baterii

36. Moduł kondygnacyjny

37. Kondygnacja

38. Szyb kablowy

39. Platforma robocza

40. Główny szyb kablowy

41. Szyb transportowy

42. Fragment kolumny

43. Właz rewizyjny

44. Moduł wytwarzania i zatłaczania gazu

45. Zbiornik ciśnieniowy na gaz

46. Moduł odsalający

47. Przestrzeń magazynowania wody słodkiej

48. Kolumna łączeniowa

49. Belka rozporowa

Claims

1. Monopal fundamentowy w postaci cylindrycznej stalowej rury przeznaczonej do pogrążenia w dnie akwenu, składający się ze strefy naddennej oraz strefy dennej gdzie strefa naddenna zawiera górny kołnierz przyłączeniowy znamienny tym, że monopal fundamentowy (2) w strefie naddennej (26a) zawiera wewnątrz szczelną membranę (21) złożoną z płyty dolnej (22) i płyty górnej (23) pomiędzy którymi znajduje się co najmniej jedno żebro wzmacniające (31) oraz wypełnienie (30), przy czym ponad membraną (21) monopal fundamentowy (2) zawiera suchą przestrzeń użytkową (26b) pomiędzy membraną (21) a górnym kołnierzem przyłączeniowym (15) zaś w strefie dennej (12) monopala fundamentowego (2) poniżej dolnej płyty (22) membrany (21) zawiera w cylindrycznej stalowej rurze monopala fundamentowego (2) otwory wylotowe (19) przy czym przestrzeń pomiędzy dolną płytą membrany (22), a górną krawędzią otworów wylotowych (19) stanowi poduszka powietrzna (20a).

2. Monopal fundamentowy według zastrz. 1 znamienny tym, że sucha przestrzeń użytkowa (26b) monopala fundamentowego 2 zawiera wewnętrzną infrastrukturę roboczą (27).

3. Monopal fundamentowy według zastrz. 2, znamienny tym, że infrastruktura robocza (27) umiejscowiona jest na co najmniej jednej kondygnacji (37) wydzielonej we wnętrzu monopala fundamentowego (2) platformą roboczą (39) z zamocowaną co najmniej jedną belką rozporową (49).

4. Monopal fundamentowy według zastrz. 1, znamienny tym, że przestrzeń użytkowa (26b) wnętrza strefy naddennej (26a) monopala fundamentowego (2) wypełniona jest gazem obojętnym.

5. Monopal fundamentowy według zastrz. 1, znamienny tym, że wypełnienie (30) membrany (21), pomiędzy płytą dolną (22) i płytą górną (23) stanowi tworzywo na bazie cementu.

6. Monopal fundamentowy według zastrz. 2, znamienny tym, że infrastrukturę roboczą (27) stanowi co najmniej jeden magazyn energii (34).

7. Monopal fundamentowy według zastrz. 2, znamienny tym że infrastrukturę roboczą (27) stanowi co najmniej jedno urządzenie do wytwarzania i zatłaczania gazu wraz ze zbiornikiem ciśnieniowym (45).

8. Monopal fundamentowy według zastrz. 2, znamienny tym że infrastrukturę roboczą (27) stanowi co najmniej jedno urządzenie do odsalania wody.

9. Monopal fundamentowy według zastrz. 2, znamienny tym, że infrastrukturę roboczą (27) stanowi co najmniej jedno urządzenie chłodnicze.

10. Sposób posadowienia monopala fundamentowego w dnie akwenu, polegający na tym, że monopal fundamentowy umieszcza się na stanowisku instalacyjnym, pionizuje się monopal fundamentowy oraz stabilizuje się jego pozycję, a następnie opuszcza się monopal fundamentowy do styku z dnem akwenu, a następnie pogrąża się monopal fundamentowy w dno akwenu, przy czym do pionizowania i opuszczania monopala fundamentowego stosuje się chwytak opasu jący, znamienny tym, że przed pionizowaniem w strefie dennej (12) monopala fundamentowego (2) mocuje się chwytak opasujący (13) oraz do kołnierza przyłączeniowego (15) monopala fundamentowego (2) mocuje się zaczep (14) i pionizuje się monopal fundamentowy (2), a następnie po spionizowaniu monopala fundamentowego (2) na jego obwodzie zamyka się urządzenie geopozycjonujące (17a), po czym zanurza się monopal fundamentowy (2) w akwenie, a następnie pogrąża się monopal fundamentowy (2) w dnie akwenu, przy czym w trakcie zanurzania i pogrążania, powietrze i wodę wraz z osadami odprowadza się na zewnątrz monopala fundamentowego (2) przez otwory wylotowe (19) zlokalizowane poniżej dolnej płyty (22) membrany (21), a następnie po pogrążeniu grawitacyjnym monopala fundamentowego (2) odblokowuje się chwytak (13), a następnie demontuje się zaczep (14), następnie na szczycie monopala fundamentowego (2) i w jego miejsce instaluje się urządzenie do pogrążania (25) monopala fundamentowego (2) w dnie akwenu (18b) i monopal fundamentowy (2) pogrąża się mechanicznie w docelowym miejscu, po czym demontuje się chwytak (13) zaś monopal fundamentowy (2) dociąża się w taki sposób, że suchą strefę naddenną (26b) wnętrza monopala fundamentowego (2), ponad membraną (21) wyposaża się w infrastrukturę roboczą (27) po czym na kołnierzu przyłączeniowym (15) na szczycie monopala fundamentowego (2) montuje się część pośrednią (28) po czym do niej montuje się urządzenie robocze (29) zaś strefę naddenną (26a) wnętrza monopala fundamentowego (2) ponad membraną (21) wypełnia się gazem obojętnym.

11. Sposób posadowienia według zastrz. 10 znamienny tym, że przed zainstalowaniem urządzenia do pogrążania (25) monopala (2), w dnie akwenu, mocuje się wokół podstawy monopala (2) urządzenie do wytwarzania kurtyny powietrznej (20b), przy czym wyloty powietrza z tego urządzenia kieruje się w stronę powierzchni akwenu.

12. Sposób posadowienia według zastrz. 11 znamienny tym, że w trakcie posadawiania monopala fundamentowego uzupełnia się objętość poduszki powietrznej (20a) pod dolną płytą membrany (22), ponad otworami wylotowymi (19).

13. Sposób posadowienia według zastrz. 11 znamienny tym, że pozycję monopala fundamentowego (2) kontroluje się digitalnie przy pomocy urządzenia geopozycjonującego (17a) będącego częścią komputera pokładowego (17b) stanowiska instalacyjnego (4)

14. Sposób posadowienia według zastrz. 11 znamienny tym, że monopal fundamentowy pogrąża się mechanicznie w dnie akwenu technologią wibracyjną.

15. Sposób posadowienia według zastrz. 11 znamienny tym, że monopal fundamentowy pogrąża się mechanicznie w dnie akwenu technologią pulsacyjną.