УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
SEALING DEVICE

Настоящее изобретение относится к уплотнительному устройству для соединения двух, в частности выполненных в виде моносваи и переходника, соединяемых элементов шельфового сооружения, преимущественно шельфовой ветроэнергетической установки, в частности ее основания. Кроме того, изобретение относится к способу изготовления такого уплотнительного устройства.
При строительстве шельфовых ветроэнергетических установок применяется множество типов фундаментов, несущих собственно ветроэнергетическую установку на участке шельфа. К типичным видам фундаментов относятся каркасные или ферменные фундаменты, триподы, тетраподы, моносваи, гравитационные фундаменты, трехсвайные фундаменты, кессонные фундаменты (типа "перевернутый ковш") или же плавающие фундаменты, причем возможности применения тех или иных типов фундаментов зависят от таких факторов, как вес ветроэнергетической установки, глубина дна, а также от условий и строения морского дна.
В случае моносвайного основания забитую в морское дно фундаментную трубу (моносваю) соединяют с переходником. Затем на переходнике может быть смонтирована ветроэнергетическая установка. В соответствии с действующими стандартами для создания такого соединения переходник надевают на моносваю, и имеющийся между двумя этими соединяемыми элементами кольцевой зазор заполняют, или заливают, цементным раствором. В качестве альтернативы заливке цементного раствора или в дополнение к ней оба этих соединяемых элемента могут скрепляться заклепочными или резьбовыми соединениями, в частности с применением соответствующих фланцев.
В процессе эксплуатации установка подвергается воздействию подчас сильных нагрузок, создаваемых, например, ветром и волнами. Это приводит к относительному перемещению моносваи и переходника, несущего ветроэнергетическую установку. При подобных нагрузках обычное уплотнение, полученное заливкой цементного раствора, склонно со временем растрескиваться, что ослабляет соединение между моносваей и переходником и приводит к постоянному смещению переходника, несущего ветроэнергетическую установку, с выходом переходника из оптимального положения, в частности, к проседанию или перекосу установки. При этом вследствие наклона переходника относительно моносваи между двумя этими соединяемыми элементами могут образовываться пробелы, после чего гарантировать герметизацию этого конструктивного узла уже невозможно. Как следствие, в этот конструктивный узел может проникать морская вода, способная причинять соответствующие повреждения.
Из публикации ЕР 2672016 А1 известно уплотняющее устройство для стандартного цементируемого соединения между сваей, забитой в морское дно, и муфтой, призванное препятствовать поступлению воды в конструктивный узел и сопутствующей эрозии цементного заполнителя. Однако применение такого уплотняющего устройства не обеспечивает противодействия разрушению цементного заполнителя, обусловленному действием эксплуатационных нагрузок, что не позволяет предотвращать просадку или перекос ветроэнергетической установки.
Поэтому в основу изобретения была положена задача усовершенствования соединения двух, в частности выполненных в виде моносваи и переходника, соединяемых элементов шельфового сооружения, преимущественно шельфовой ветроэнергетической установки, в частности ее основания (фундамента). Кроме того, задача изобретения заключается в разработке недорого и технологически надежного способа изготовления конструктивных элементов, необходимых для усовершенствования соединения. Задача настоящего изобретения также заключается в разработке недорого и технологически надежного способа сооружения по меньшей мере части шельфовой ветроэнергетической установки.
Эта задача решается в уплотнительном устройстве, охарактеризованном признаками пункта 1, а также в способе изготовления уплотнительного устройства, охарактеризованном признаками пункта 14 формулы изобретения. Кроме того, поставленная задача решается в способе строительства основания шельфовой ветроэнергетической установки, охарактеризованном признаками пункта 25 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в соответствующих зависимых пунктах его формулы, а также раскрыты в нижеследующем описании.
В соответствии с изобретением по меньшей мере на одном из соединяемых элементов фиксируют по меньшей мере одно уплотнение таким образом, что в соединенном положении это уплотнение расположено между внутренней соединительной поверхностью одного соединяемого элемента и наружной соединительной поверхностью другого соединяемого элемента. В этом соединенном положении верхний, в частности выполненный в виде переходника, соединяемый элемент и нижний, в частности выполненный в виде моносваи, соединяемый элемент для получения устойчивого соединения вставлены один в другой с зажатием между ними по меньшей мере одного уплотнения.
При этом каждый из соединяемых элементов, обычно по меньшей мере частично выполняемых цилиндрическими, имеет по меньшей мере один конически проходящий участок, который, в частности, выполнен в виде полого усеченного конуса и на котором по меньшей мере частично находится соответствующая соединительная поверхность. Геометрия полого усеченного конуса при этом определяется углом раствора конуса, преимущественно составляющим от 2° до 6°, предпочтительно - от 3° до 5° и особенно предпочтительно - равным 4°.
В соединенном положении соединяемые элементы предпочтительно расположены соосно друг другу, при этом они перекрываются по меньшей мере на соответствующих конически проходящих участках. Конусность создает возможность передачи сил (тяжести) в осевом направлении. При этом один, "наружный", соединяемый элемент окружает другой, "внутренний", соединяемый элемент, причем внутренняя соединительная поверхность наружного соединяемого элемента и наружная соединительная поверхность внутреннего соединяемого элемента обращены друг к другу.
По меньшей мере одно уплотнение зафиксировано по меньшей мере на одном из соединяемых элементов, например, за счет приклеивания или за счет адгезии (сцепления). При использовании нескольких уплотнений одно уплотнение может быть зафиксировано на одном соединяемом элементе, тогда как другое уплотнение зафиксировано на другом соединяемом элементе.
В частности, при использовании уплотнения, состоящего из нескольких частей, которые весят преимущественно не более 50 кг, эти отдельные части можно по отдельности отливать, транспортировать к соединяемому элементу и на месте приклеивать к нему, таким образом собирая уплотнение. Отдельные части уплотнения могут надежно крепиться посредством пазогребневых или иных соединительных систем друг к другу и/или, при необходимости, в дополнение к клеевому соединению или в качестве альтернативы ему - к одному из соединяемых элементов. В зависимости от требований к воспринимаемым усилиям, такие пазогребневые или иные соединительные системы со своими частями, воспринимающими действующие в соединении усилия, могут выполняться предпочтительно из полиуретана или же из нескольких материалов с включением в них стальных деталей, что обеспечивается, в частности, литьем со вставкой. Для образования соединительной системы отдельные части уплотнения также могут крепиться друг к другу магнитными силами. Для этого в отдельные части уплотнения предпочтительно заделывают методом литья со вставкой постоянные магниты. Эти магниты могут притягивать имеющиеся в примыкающих частях уплотнения ответные детали, являющиеся магнитными или намагничиваемыми. Кроме того, один или несколько магнитов, расположенных в отдельных частях уплотнения, также можно выгодно использовать - как раз в случае клеевых соединений - для предварительного позиционирования на соединяемом элементе, который обычно выполняют из стали.
По меньшей мере одно уплотнение расположено между соединяемыми элементами, где оно зажато, в частности, за счет веса верхнего соединяемого элемента, причем оно передает силы, например, передает силу веса верхнего соединяемого элемента на нижний соединяемый элемент. Кроме того, по меньшей мере одно уплотнение выполнено способным нести нагрузку, так что оно создает промежуток между соединяемыми элементами и несет верхний соединяемый элемент. Между уплотнением и соединительной поверхностью соединяемого элемента, на котором уплотнение не зафиксировано, имеется силовое замыкание, благодаря чему между соединяемыми элементами создается устойчивое соединение.
Таким образом достигается усовершенствование соединения двух соединяемых элементов с отказом от применения цементного раствора и/или заклепок и винтов. Подобное уплотнительное устройство воспринимает нагрузки, возникающие вследствие относительного перемещения между обоими соединяемыми элементами, не подвергаясь усталостному разрушению, а напротив - действуя подобно смягчающему нагрузки демпферу, и таким образом позволяет получить устойчивое и долговечное соединение, простое в изготовлении и сборке.
Соединение соединяемых элементов на основе уплотнительного устройства позволяет компенсировать наличие сварных швов, смещения между приваренными друг к другу частями соединяемых элементов или отклонения соединяемых элементов от требуемой формы, например, овальности. Кроме того, благодаря быстроте и простоте монтажа можно отказаться от выполнения ручных операций в области соединения. Таким образом, соединять соединяемые элементы, вставляя один из них в другой, для монтажа сооружения можно и под водой без обычно затратного привлечения водолазов.
По меньшей мере одно уплотнение имеет по меньшей мере один эластичный уплотнительный элемент, проходящий в окружном направлении по всей окружности. Уплотнительный элемент при этом выполнен проходящим по всей окружности кольцевого зазора, имеющегося между соединяемыми элементами. Толщина уплотнительного элемента увеличена по сравнению с толщиной примыкающего к нему участка уплотнения, вследствие чего уплотнительный элемент выступает относительно другой части уплотнения. При этом толщина определяется как наружные размеры, измеряемые перпендикулярно прилегающей к уплотнению соединительной поверхности. Иначе говоря, уплотнительный элемент выдается относительно других частей уплотнения.
Кроме того, уплотнительный элемент выполнен эластичным, вследствие чего при относительном перемещении соединяемых элементов он достаточным давящим усилием воздействует на противолежащую соединительную поверхность, и конструктивный узел остается герметично изолированным. Таким образом, уплотнение не допускает проникновения вредной морской воды или влаги, благодаря чему подобное соединение является еще более стойким к воздействию внешних факторов.
Уплотнительный элемент предпочтительно расположен вблизи торцевой стороны наружного соединяемого элемента. Например, в уплотнительном устройстве для моносвайного основания уплотнительный элемент расположен у нижнего края уплотнительного устройства, чем обеспечивается герметизация практически всего уплотнительного устройства.
Уплотнительный элемент выполнен, в частности, в виде проходящей по всей окружности уплотнительной губки. Вместе с тем, возможны и другие варианты выполнения уплотнительного элемента. Например, уплотнительный элемент также может быть выполнен в виде лабиринтного уплотнения, отдельные элементы формы которого сами проходят не по всей окружности, но в котором герметизация соединения обеспечивается по всей его окружности.
По меньшей мере одно уплотнение преимущественно имеет толщину от 5 до 75 мм, предпочтительно - от 20 до 50 мм, особенно предпочтительно от 25 до 30 мм. При таких толщинах уплотнение может особенно хорошо воспринимать нагрузки и обеспечивает возможность герметизации соединения перспективных соединяемых элементов диаметром до 8 м. При этом уплотнительный элемент имеет, как правило, толщину, на 50…100% большую по сравнению с толщиной примыкающего участка уплотнения.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения по меньшей мере одно уплотнение выполнено многослойным. В частности, в его структуре могут быть предусмотрены слои, имеющие различные свойства или состоящие из различных материалов. Таким образом можно получить, например, в зависимости от места эксплуатации, подходящие геометрии слоев с оптимальными свойствами, улучшающими восприятие нагрузок.
В одном, особенно предпочтительном исполнении один или несколько уплотнительных элементов имеет более высокую эластичность, чем остальное уплотнение. В частности, уплотнительный элемент может быть расположен в виде содержащего эластичный материал слоя на менее эластичном или малоэластичном слое, и тем самым изолирующая способность будет обеспечиваться при уменьшенной толщине уплотнения в этой области, что позволяет экономить материал и снижать производственные расходы.
В еще одном варианте осуществления изобретения по меньшей мере одно уплотнение выполнено гидролизостойким. Это гарантирует длительную стойкость (долговечность) уплотнительного устройства при эксплуатации на шельфе.
При этом по меньшей мере одно уплотнение предпочтительно содержит одну или несколько пластмасс, поскольку пластмассы обладают стойкостью к коррозии и легко поддаются переработке в производстве. В этой связи применяться могут эластомеры, термопласты, в частности с добавлением пластификаторов, и/или реактопласты. В особенно предпочтительном исполнении по меньшей мере одно уплотнение содержит один или несколько материалов из группы полипропилена, полиэтилена, полиоксиметилена, резины, нейлона, поливинилхлорида, полимочевины, полиуретана, причем в эту группу также входят вспененные формы вышеуказанных материалов.
В одном, особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения по меньшей мере одно уплотнение содержит гидролизостойкий полиуретан, в частности полиуретан на основе полиэфирного полиола и метилендифенилизоцианата (МДИ). Полиуретан стоек к морской воде, прост в получении, а также крайне износоустойчив и поэтому особенно подходит для эксплуатации на шельфе.
В одном, особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения первый слой получен из полиуретана, в частности вспененного полиуретана, и этот первый слой, который сцепляется с соединяемым элементом при необходимости посредством грунтовочного покрытия, по меньшей мере частично покрыт другим слоем, полученным из невспененного полиуретана. В этом случае уплотнительный элемент также может быть изготовлен из вспененного полиуретана и может быть выполнен по меньшей мере на одном из двух слоев или рядом с ним.
3
В еще одном варианте осуществления изобретения по меньшей мере одно уплотнение содержит в количестве до 50% один или несколько наполнителей, предпочтительно в виде СаСО (предпочтительно содержащегося в количестве до 33%), волластонита (в виде муки, например, марки TREMIN 283-800 AST с размером D98, равным 12 мкм, предпочтительно содержащейся в количестве до 25%), графита и/или сажи (предпочтительно содержащихся в каждом случае в количестве до 15%). Добавление этих особенно недорогих наполнителей удешевляет изготовление уплотнительного устройства.
В одном, особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что по меньшей мере одно уплотнение сцепляется с соединительной поверхностью по меньшей мере одного из соединяемых элементов посредством промотора адгезии. Это обеспечивает особенно сильное материальное, или адгезионное, замыкание (замыкание за счет сил межмолекулярного или межатомного взаимодействия) между уплотнением и соединяемым элементом, характеризующееся высокой прочностью сцепления, чем повышается стабильность уплотнительного устройства.
Целесообразно, чтобы по меньшей мере одно уплотнение, за исключением уплотнительного элемента, имело твердость по шкале Шора А, составляющую от 70 до 100, или твердость по шкале Шора D, составляющую от 20 до 80. Уплотнение, имеющее такие степени твердости, может длительно нести верхний соединяемый элемент.
В особенно целесообразном исполнении по меньшей мере один уплотнительный элемент имеет твердость по шкале Шора А, составляющую от 40 до 100, предпочтительно - от 40 до 90, особенно предпочтительно - от 40 до менее 70. При таких степенях твердости уплотнительный элемент выполнен достаточно эластичным, чем достигается хорошая изоляция или герметизация конструктивного узла.
2
В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что по меньшей мере одно уплотнение выполнено выдерживающим сжимающую нагрузку от 0,1 до 50 Н/мм. Такое исполнение обеспечивает сохранение уплотнением работоспособности под нагрузкой в течение длительной эксплуатации шельфовой ветроэнергетической установки.
По меньшей мере одно уплотнение может образовывать кольцо, полый цилиндр, полый усеченный конус или их комбинации. Кроме того, по меньшей мере одно уплотнение может образовывать сегмент кольца, полого цилиндра или полого усеченного конуса.
Кольцо, полый цилиндр и полый усеченный конус являются формованными изделиями, у которых выраженная центральная ось определяется их вращательной симметрией, причем эта центральная ось окружена соответствующим формованным изделием. Высота уплотнения определяется наружными размерами, измеряемыми параллельно его центральной оси. Внутренний диаметр уплотнения определяется внутренними размерами уплотнения, измеряемыми в секущей плоскости, проходящей перпендикулярно центральной оси. Наружный диаметр уплотнения определяется наружными размерами уплотнения, измеряемыми в секущей плоскости, проходящей перпендикулярно центральной оси. Центральная ось, внутренний и наружный диаметры уплотнения, выполненного в виде сегмента (сектора) формованного изделия, определяются формованным изделием, сегмент которого уплотнение образует.
В частности, по меньшей мере одно уплотнение имеет высоту по меньшей мере 1 м и диаметр по меньшей мере 2,5 м. Благодаря этому уплотнение обладает достаточной нагрузочной способностью и, в частности, удобно в обращении с ним. Особенно предпочтительно, чтобы общая высота группы уплотнений, образованной несколькими уплотнениями, разнесенными друг от друга, в частности, параллельно их высоте, составляла до 30 м. Подобная группа уплотнений с такой общей высотой может быть образована, в частности, несколькими, предпочтительно кольцеобразными, уплотнениями, которые предпочтительно расположены на расстоянии друг от друга и/или снабжены выемками. Это позволяет впоследствии проводить сварочные работы на соединяемом элементе в свободных от уплотнений зонах, например, для крепления проводников и т.п.
Уплотнение предпочтительно выполнено таким образом, что оно по меньшей мере частично, в частности полностью, прилегает к соединительной поверхности соединяемого элемента, на котором оно зафиксировано, с геометрическим замыканием. В частности, уплотнение также выполнено таким образом, что в соединенном положении оно по меньшей мере частично, предпочтительно полностью, прилегает с геометрическим замыканием к соединительной поверхности соединяемого элемента, на котором оно не зафиксировано. Такое геометрическое замыкание служит для того, чтобы распределять нагрузки по как можно большей площади и, в частности, избегать точечных нагрузок, благодаря чему достигается устойчивое соединение, а уплотнение является еще более долговечным. Особенно предпочтительно, чтобы по меньшей мере одно уплотнение было согласовано с геометрией по меньшей мере одного соединяемого элемента таким образом, что оно выполнено, по меньшей мере частично, а предпочтительно - полностью, в форме полого усеченного конуса, угол раствора которого составляет преимущественно от 2° до 6°, предпочтительно - от 3° до 5°, особенно предпочтительно - равен 4°.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения по меньшей мере одно уплотнение состоит из нескольких примыкающих друг к другу сегментов. Сегменты уплотнения при этом могут быть разделены любым образом, причем соответствующая "линия раздела" сегментов проходит, в частности, в окружном направлении и/или вдоль высоты уплотнения. При этом сегменты уплотнения предпочтительно выполнены, по меньшей мере в области по меньшей мере одного уплотнительного элемента, плотно соединяемыми с геометрическим и/или силовым замыканием.
В одном, особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения уплотнительное устройство содержит по меньшей мере два расположенных на расстоянии друг от друга уплотнения. Уплотнения могут быть разнесены друг от друга в направлении, параллельном продольной средней оси соединяемого элемента, на котором они зафиксированы. Таким образом можно обеспечить, с одной стороны, необходимую для устойчивости соединения пространственную протяженность уплотнения на соединительной поверхности, а кроме того, можно уменьшить материалоемкость уплотнения, что позволяет удешевить изготовление уплотнительного устройства и упростить его монтаж.
Кроме того, уплотнения могут быть разнесены друг от друга в окружном направлении относительно продольной средней оси соединяемого элемента, на котором они зафиксированы. Тем самым в областях, находящихся в стороне от уплотнительного элемента, где герметизация конструктивного узла уже не требуется, можно экономить материал уплотнения, что позволяет удешевить изготовление уплотнительного устройства и его монтаж.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения по меньшей мере одно уплотнение по меньшей мере на одном участке высоты имеет в окружном направлении по меньшей мере одну выемку. Тем самым материалоемкость уплотнения можно уменьшить даже в случае связного (топологически или геометрически) уплотнения, которое особенно хорошо стабилизирует соединение. Кроме того, впоследствии можно проводить сварочные работы на соединяемом элементе в свободных от уплотнений зонах, например для крепления проводников и т.п. В частности, уплотнение, выполненное в виде полого цилиндра и/или высокого усеченного конуса, выполнено замкнутым в окружном направлении на верхнем и нижнем участках высоты, а между верхним и нижним участками высоты имеет в окружном направлении по меньшей мере одну выемку. В одном, особенно предпочтительном варианте выполненное в виде полого цилиндра и/или полого усеченного конуса уплотнение, которое на нижнем, в частности находящемся вблизи уплотнительного элемента, участке проходит по окружности (соответствующего соединяемого элемента), в остальной области имеет в окружном направлении по меньшей мере одну выемку.
Уплотнительное устройство предпочтительно содержит сенсорное устройство для восприятия возникающих в уплотнительном устройстве механических усилий. Это позволяет регистрировать преобладающие в эксплуатации нагрузки и контролировать работоспособность уплотнительного устройства, чтобы в случае его выхода из строя оперативно принимать ответные меры, прежде чем возникнут более серьезные повреждения. Кроме того, применение сенсора позволяет контролировать состояние других частей ветроэнергетической установки, например, путем регистрации характерных вибраций / удлинений, благодаря чему можно инициировать мероприятия по предотвращению ущерба.
Целесообразно, чтобы по меньшей мере одно уплотнение было выполнено самонесущим, что улучшает удобство обращения с ним и исключает возможность причинения ущерба при хранении в неблагоприятных условиях.
Особенно предпочтительно, чтобы по меньшей мере одно уплотнение образовывало в краевой области торец, простирающийся в радиальном направлении, а значит поперек центральной оси уплотнения, и выполненный, в частности, для передачи сил тяжести, что обеспечивает стабилизацию соединения.
Особым преимуществом предлагаемого в изобретении уплотнительного устройства является то, что сводятся к минимуму трудозатраты по созданию соединения элементов на шельфе, поскольку, например, в случае моносвайного основания уплотнение может быть зафиксировано на переходнике еще на суше. Поэтому на шельфе, где условия проведения работ более неблагоприятны, чем на суше, требуется лишь обеспечить стыковку переходника и моносваи.
Предлагаемое в изобретении уплотнительное устройство выше было описано на примере соединения моносваи и переходника. Однако возможности применения изобретения далеко не ограничиваются этим примером. Напротив, предлагаемое в изобретении уплотнительное устройство может использоваться для усовершенствования других соединений шельфовых сооружений, в частности в области шельфовых ветроэнергетических установок. К ним относятся соединения переходника и одной или нескольких свайных конструкций для следующих типов фундаментов: каркасные или ферменные фундаменты, триподы, тетраподы, гравитационные фундаменты, трехсвайные фундаменты, кессонные фундаменты или плавающие фундаменты. Кроме того, предлагаемое в изобретении уплотнительное устройство также может использоваться в соединениях в области шельфовых высоковольтных систем передачи постоянного тока.
Кроме того, предлагаемое в изобретении уплотнительное устройство может использоваться и при строительстве собственно ветроэнергетической установки для усовершенствования соединения между отдельными трубчатыми секциями ее башни.
В соответствии с уже описанным выше, а также описываемым ниже, поставленная в начале описания задача решается также в способе изготовления уплотнительного устройства для соединения двух, в частности выполненных в виде моносваи и переходника, соединяемых элементов шельфового сооружения, преимущественно шельфовой ветроэнергетической установки, в частности ее основания, при осуществлении которого на соединительную поверхность соединяемого элемента разливают заливочную (литьевую) массу, которая отверждается с образованием по меньшей мере одного уплотнения.
Применением этого подхода достигается оптимальное геометрическое замыкание уплотнения с соединяемым элементом, благодаря чему в соединенном положении можно избегать точечных нагрузок, что увеличивает срок службы уплотнительного устройства. При этом под "разливкой" понимается, в частности, то, что заливочная масса выливается или вытекает на соединительную поверхность из отверстия по меньшей мере в основном за счет силы тяжести, т.е. самотеком.
В частности, применение подобного метода литья позволяет изготавливать уплотнительное устройство с небольшими затратами времени. Заливочную массу при этом наносят, или разливают, преимущественно со скоростью от 15 до 30 кг/мин, предпочтительно - от 18 до 22 кг/мин, благодаря чему уплотнительное устройство может быть изготовлено быстрее, чем при использовании метода напыления.
В еще одном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что заливочную массу разливают в области соединительной поверхности соединяемого элемента и отверждают с образованием по меньшей мере одного уплотнительного элемента. Вышеупомянутая область соединительной поверхности включает в себя саму соединительную поверхность и/или один или несколько уже нанесенных на соединительную поверхность, находящихся в отвержденном или неотвержденном состоянии слоев заливочной массы, на который(-ые) наносят заливочную массу, отверждаемую с образованием уплотнительного элемента. При этом помимо оптимального геометрического замыкания достигается оптимальная изоляция между уплотнительным элементом и областью соединительной поверхности, что улучшает герметизацию, обеспечиваемую уплотнительным элементом в соединенном положении.
В еще одном, особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что во время изготовления по меньшей мере одного уплотнения свойства материала заливочной массы, содержащей один или несколько исходных материалов, модифицируют путем добавления по меньшей мере одного другого исходного материала и/или путем варьирования количественного соотношения исходных материалов. Это позволяет эффективно получать требуемые в зависимости от места применения геометрии слоев с оптимизированными свойствами и тем самым, например, повысить нагрузочную способность уплотнительного устройства.
В частности, свойства материала заливочной массы модифицируют в режиме онлайн, т.е. во время текущего процесса литья, что уменьшает длительность осуществления способа. Кроме того, фракции заливочной массы, имеющие различные свойства материала, могут оптимально сцепляться друг с другом за счет материального замыкания (сил межмолекулярного или межатомного взаимодействия), благодаря чему уплотнительное устройство становится более долговечным, что обеспечивает получение лучшего соединения.
В еще одном варианте осуществления изобретения заливочную массу разливают с применением литьевого устройства, имеющего по меньшей мере одно оформляющее литьевое отверстие. Литьевое отверстие выполнено, в частности, щелевым, т.е. имеет форму щели. Это обеспечивает более точное нанесение заливочной массы, а значит максимально точное достижение требуемой геометрии уплотнительного устройства. В частности, "разливка" в этом смысле означает, что заливочная масса вытекает из литьевого отверстия в основном под действием силы тяжести.
Особенно предпочтительным является нанесение заливочной массы на соединительную поверхность по меньшей мере двумя пространственно разделенными фракциями, или порциями. В частности, литьевое устройство имеет несколько литьевых отверстий, одновременно наносящих заливочную массу пространственно разделенными фракциями. Это сокращает затраты времени на осуществление способа и делает способ более эффективным, что снижает затраты на изготовление уплотнительного устройства.
В еще одном, особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что заливочная масса содержит по меньшей мере два исходных материала, которые перед разливкой смешиваются друг с другом в предкамере литьевого устройства. Этим достигается особенно высокая степень однородности заливочной массы с возможностью установки требуемых свойств материала.
При этом, в частности, по меньшей мере два исходных материала, находясь в предкамере литьевого устройства, реагируют друг с другом. Такая реакция возникает, например, при использовании в качестве заливочной массы полиуретана, когда между собой смешиваются в жидкой фазе полиол и изоцианат, при необходимости со сшивающим агентом, которые спустя некоторое время отверждаются с образованием полиуретана. На скорость отверждения можно влиять, добавляя катализатор и/или ингибитор. Вышеуказанные компоненты предпочтительно смешивают в предкамере литьевого устройства в оптимальном для нанесения отношении и затем наносят в виде заливочной массы, благодаря чему способ становится технологически особенно надежным.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что заливочная масса содержит по меньшей мере один термопластический исходный материал, нагреваемый в предкамере литьевого устройства для достижения текучего состояния. Тем самым температурой заливочной массы, содержащей по меньшей мере один термопластический исходный материал, можно управлять непосредственно перед нанесением, в частности можно регулировать ее для оптимального нанесения.
В еще одном, особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что соединяемый элемент устанавливают с возможностью вращения вокруг его продольной средней оси, а заливочную массу разливают на соединительную поверхность вращающегося соединяемого элемента. При этом, в частности, продольная средняя ось расположена под углом к горизонтали. Такой вариант используется, если заливочную массу разливают на соединительную поверхность на конически проходящем участке соединяемого элемента. При этом угол между продольной средней осью и горизонталью соответствует примерно половине угла раствора конуса для конически проходящего участка соединяемого элемента, вследствие чего область конически проходящего участка соединяемого элемента, находящаяся по вертикали снизу от продольной средней оси и предназначенная для нанесения на нее заливочной массы, ориентирована ровно и в одном направлении.
Нанесение заливочной массы на соединительную поверхность вращающегося соединяемого элемента предпочтительно продолжать по меньшей мере до тех пор, пока заливочная масса не будет нанесена на соединительную поверхность по всей окружности по меньшей мере один раз. Таким образом, заливочную массу можно нанести за короткое время на большой участок соединительной поверхности. При толщинах слоев 3 см нанесение заливочной массы может быть завершено уже максимум за два оборота соединяемого элемента относительно соответствующего литьевого отверстия, благодаря чему уплотнительное устройство может быть изготовлено быстрее, чем, в частности, при использовании метода напыления.
В еще одном варианте осуществления изобретения вращение соединяемого элемента продолжают после нанесения заливочной массы до тех пор, пока заливочная масса не отвердится в достаточной степени. Заливочная масса отверждена в достаточной степени, когда она уже не течет. Этим обеспечивается особенно равномерное и симметричное нанесение заливочной массы, что в готовом уплотнительном устройстве обеспечивает требуемое равномерное восприятие нагрузки.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что литьевое отверстие и/или вращающийся соединяемый элемент во время разливки перемещают относительно друг друга вдоль направления, перпендикулярного окружному направлению, нанося заливочную массу по большей площади поверхности соединяемого элемента. При этом, в частности, расстояние от литьевого отверстия до соединительной поверхности во время нанесения слоя остается постоянным. При этом литьевое отверстие совершает относительно соединительной поверхности спиралевидное движение, чем достигается особенно равномерное и быстрое нанесение заливочной массы на большой площади.
В качестве альтернативы предусмотрено, что соединяемый элемент устанавливают с возможностью вращения вокруг его продольной средней оси, расположенной, в частности, под углом к горизонтали, на соединительную поверхность соединяемого элемента наносят заливочную массу, соединяемый элемент по меньшей мере однократно поворачивают в положение, соответствующее повороту на треть оборота или менее чем на треть оборота, и на соединительную поверхность соединяемого элемента снова наносят заливочную массу.
В этой связи во время нанесения заливочной массы также можно предусмотреть движение, в частности дополнительное движение, литьевого устройства в окружном направлении соединяемого элемента. При этом радиус такого движения должен быть ограничен областью соединяемого элемента, находящейся внизу по направлению действия силы тяжести, чтобы можно было осуществлять процесс разливки. Кроме того, может быть предусмотрена возможность совершения литьевым отверстием движения относительно соединительной поверхности по зигзагообразной или волнистой линии, чем также достигается особенно равномерное и быстрое нанесение заливочной массы по большой площади.
В еще одном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что заливочную массу наносят слоем толщиной от 5 до 75 мм, предпочтительно - от 20 до 50 мм, особенно предпочтительно - от 25 до 30 мм. При многослойном нанесении отдельные слои можно наносить меньшей толщиной. В случае слоев такой толщины невозможно не происходит неблагоприятного смещения или растекания наносимого материала, что повышает технологическую надежность способа.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения устанавливают сенсорное устройство для восприятия механических усилий, в частности внедряют в заливочную массу. Это позволяет регистрировать преобладающие в эксплуатации нагрузки и контролировать работоспособность уплотнительного устройства.
В еще одном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что перед нанесением заливочной массы соединительную поверхность соединяемого элемента подготавливают обработкой промотором адгезии (праймером). При этом такая подготовка включает в себя нанесение промотора адгезии, осуществляемое, в частности, при помощи литьевого устройства, и высушивание промотора адгезии и/или оставление нанесенного промотора адгезии высыхать. Это приводит к повышению прочности сцепления (адгезии) между заливочной массой и соединяемым элементом, что препятствует неблагоприятному смещению или растеканию заливочной массы.
Нанесению заливочной массы и, в частности, подготовке поверхности обработкой промотором адгезии предшествует предварительная обработка соединительной поверхности соединяемого элемента. Такая предварительная обработка предпочтительно включает в себя один или несколько следующих шагов:
- очистка, в частности обезжиривание соединительной поверхности,
- пескоструйная обработка соединительной поверхности, а также
- последующая очистка соединительной поверхности, в частности удаление пыли.
Это обеспечивает удаление с поверхности отложений, таких как грязь и ржавчина, и сглаживание неровностей, что делает возможным особенно равномерное нанесение заливочной массы и ее сцепление с основой.
Кроме того, поставленная в начале описания задача решается в способе создания соединения двух соединяемых элементов шельфового сооружения, в частности шельфовой ветроэнергетической установки, предпочтительно ее основания, содержащего два соединяемых элемента, выполненных в виде моносваи и переходника, включающий следующие шаги:
а) обеспечивают соединяемый элемент, имеющий соединительную поверхность,
б) изготавливают на соединительной поверхности соединяемого элемента уплотнительное устройство способом по одному из п.п. 14-24,
в) один соединяемый элемент вводят в другой соединяемый элемент до зажатия в нем.
Другие преимущества изобретения подробности его осуществления приведены в нижеследующем описании, поясняемом чертежами.
На схематически выполненных чертежах показано:
на фиг.1 - вид в разрезе предлагаемого в изобретении объекта в соединенном положении, с двумя увеличенными выносными элементами,
на фиг.2 - вид в разрезе еще одного предлагаемого в изобретении объекта, с двумя увеличенными выносными элементами,
на фиг.3 - вид в разрезе уплотнения, показанного на фиг.2, с двумя увеличенными выносными элементами,
на фиг.4 - вид в разрезе еще одного предлагаемого в изобретении объекта, с двумя увеличенными выносными элементами,
на фиг.5 - вид в разрезе уплотнения, показанного на фиг.4, с двумя увеличенными выносными элементами,
на фиг.6 - вид в разрезе еще одного предлагаемого в изобретении объекта, с двумя увеличенными выносными элементами,
на фиг.7 - вид в разрезе уплотнения, показанного на фиг.6, с двумя увеличенными выносными элементами,
на фиг.8 - условно прозрачное изображение еще одного предлагаемого в изобретении объекта,
на фиг.9 - непрозрачное изображение в разрезе предлагаемого в изобретении объекта, показанного на фиг.8,
на фиг.10 - блок-схема осуществления предлагаемого в изобретении способа.
Одинаковые или функционально подобные детали, если это целесообразно, снабжены одними и теми же номерами позиций. Отдельные технические признаки описываемых ниже примеров осуществления изобретения могут, также вместе с признаками описанных выше примеров осуществления изобретения, а также с признаками независимого пункта формулы изобретения, составлять частные варианты осуществления изобретения.
На фиг.1 показано предлагаемое в изобретении уплотнительное устройство 2 в соединенном положении. При этом верхний соединяемый элемент 4 и нижний соединяемый элемент 6 вставлены один в другой, причем конически проходящий участок 4а верхнего соединяемого элемента 4 и конически проходящий участок 6а нижнего соединяемого элемента 6 взаимно перекрываются. Как особенно наглядно показано на увеличенном фрагменте В (выносной элемент В), соединяемые элементы 4, 6 вставлены один в другой, причем между ними зажато уплотнение 8.
Верхний соединяемый элемент 4 своей нижней частью окружает верхнюю часть нижнего соединяемого элемента 6 и таким образом представляет собой наружный соединяемый элемент, тогда как нижний соединяемый элемент 6 можно рассматривать как внутренний соединяемый элемент.
Между внутренней соединительной поверхностью 10 верхнего соединяемого элемента 4 и наружной соединительной поверхностью 12 нижнего соединяемого элемента 6 расположено уплотнение 8, которое создает промежуток между соединяемыми элементами 4, 6, отделяя их друг от друга, и передает между соединяемыми элементами 4, 6 усилия, например, передает вес верхнего соединяемого элемента 4 на нижний соединяемый элемент 6. В этом смысле уплотнение 8 несет верхний соединяемый элемент 4.
Далее, уплотнение 8 выполнено в форме полого усеченного конуса, согласованного с геометрией соединяемых элементов 4, 6. В этом отношении конически проходящие участки 4а, 6а соединяемых элементов 4, 6, а также уплотнение 8 можно описать одним и тем же углом α раствора конуса, определяющим наклон боковой поверхности конуса относительно вертикали V (см. увеличенный выносной элемент В). В показанных здесь примерах угол α раствора конуса составляет 4°. Угол наклона боковой поверхности конуса относительно вертикали, четко различимый на увеличенном выносном элементе В, соответствует половине угла α раствора конуса и составляет 2°. Кроме того, вращательная симметрия формованного изделия, имеющего форму полого конуса, определяет центральную ось Ζ уплотнения 8.
Уплотнение 8 имеет эластичный уплотнительный элемент 14, проходящий в окружном направлении по всей окружности. Толщина D уплотнительного элемента 14 увеличена по сравнению с толщиной D' примыкающего к нему участка уплотнения, как это видно на фиг.3 (см. увеличенный выносной элемент С). Уплотнительный элемент 14, выступающий относительно других частей уплотнения 8, воздействует давящим усилием на противолежащую соединительную поверхность, которая в рассматриваемых здесь примерах является наружной соединительной поверхностью 12 нижнего соединяемого элемента 6. В случае относительного перемещения соединяемых элементов 4, 6 конструктивный узел остается герметично изолированным (капсулированным), что не дает проникать в него вредной морской воде и/или влаге.
На фиг.2 показано уплотнительное устройство 2, в котором уплотнение 8 зафиксировано на внутренней соединительной поверхности 10 верхнего соединяемого элемента 4 на его конически проходящем участке 4а. Для создания соединения верхний соединяемый элемент 4, содержащий уплотнение 8, надевают или опускают на нижний соединяемый элемент 6 до зажатия одного соединяемого элемента в другом. Из чертежа следует, что до создания соединения уплотнение 8, в качестве альтернативы, может быть зафиксировано на наружной соединительной поверхности 12 нижнего соединяемого элемента 6 на его конически проходящем участке 6а.
На фиг.3 изображено уплотнение 8, показанное на фиг.2. Уплотнение 8 выполнено в форме полого усеченного конуса и при этом имеет на участке 15 высоты, расположенном между верхним замкнутым в окружном направлении участком 17 высоты и нижним замкнутым в окружном направлении участком 19 высоты, несколько распределенных в окружном направлении выемок 16, чем обеспечивается меньший расход материала. Кроме того, показана высота Η уплотнения 8, измеряемая как наружный размер уплотнения 8 параллельно центральной оси Ζ.
На фиг.4 показан еще один вариант выполнения предлагаемого в изобретении уплотнительного устройства 2 с уплотнением 8. На фиг.5 изображено уплотнение 8, показанное на фиг.4 и имеющее несколько распределенных в окружном направлении выемок 16, выполненных на всем участке 15 высоты, расположенном над уплотнительным элементом 14.
На фиг.6 показан еще один вариант выполнения предлагаемого в изобретении уплотнительного устройства 2 с несколькими расположенными на расстоянии друг от друга уплотнениями 8, 8', которые образуют группу уплотнений. На фиг.7 изображены уплотнения 8, 8', показанные на фиг.6. Верхние уплотнения 8 при этом образуют сегменты полого усеченного конуса, разнесенные друг от друга в окружном направлении относительно продольной средней оси L верхнего соединяемого элемента 4, а также соответственно разнесенные друг от друга в направлении, параллельном продольной средней оси L. Нижнее уплотнение 8' отстоит от других уплотнений 8 в направлении, параллельном продольной средней оси L и содержит проходящий по всей окружности уплотнительный элемент 14. Кроме того, нижнее уплотнение 8' имеет на участке 15 высоты, расположенном над уплотнительным элементом, несколько выемок 16, распределенных в окружном направлении. Также показана общая высота GH группы уплотнений.
На фиг.8 и 9 показано осуществление одного шага предлагаемого в изобретении способа. При этом на конически проходящем участке 4а верхнего соединяемого элемента 4 на внутреннюю соединительную поверхность 10 посредством литьевого устройства 20 разливают заливочную массу 18. Верхний соединяемый элемент 4 при этом вращают вокруг его продольной средней оси L. Литьевое устройство 20 имеет щелевое литьевое отверстие 22, которое при нанесении заливочной массы 18 находится по вертикали под продольной средней осью L и над соединительной поверхностью 10. Во время литья литьевое устройство 20 перемещают в направлении R, перпендикулярном окружному направлению. За счет этого перемещения в сочетании с вращением соединяемого элемента 4 литьевое отверстие 22 совершает относительно соединительной поверхности 10 спиралевидное движение. Так достигается особенно равномерное и быстрое нанесение заливочной массы 18 по большой площади.
На фиг.10 приведена блок-схема осуществления предлагаемого в изобретении способа, причем на первом шаге 31 соединительную поверхность 10, 12 очищают, в частности обезжиривают. На втором шаге 32 соединительную поверхность 10, 12 подвергают пескоструйной обработке. На третьем шаге 33 соединительную поверхность 10, 12 снова очищают, в частности освобождают от пыли. На четвертом шаге 34 на соединительную поверхность 10, 12 наносят промотор адгезии, или праймер. На пятом шаге 35 промотор адгезии, или праймер, высушивают и/или оставляют высыхать. И на шестом шаге 36 наносят заливочную массу 18.