CN103669353B - 用于引导切削设备的导向架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于引导切削设备的导向架，该导向架在被结合到地面的管道内引导切削设备，具有：框架体，其被插入管道并包括导向件，切削设备沿该导向件可被移位；支撑装置，用于在管道内张紧和固定框架体；以及调节装置，切削设备通过其在管道内在相对于管道轴线的横向方向上可被调节。本发明还涉及一种用于在地面上锚定管道的方法。

Description

用于引导切削设备的导向架

技术领域

本发明涉及一种用于引导切削设备的导向架以及一种用于在地面上锚定管道的方法。

背景技术

当建立海上风力发电站时，大型桩管必须被锚定于海床中作为支撑结构。桩管的尺寸通常随着发电站规模的增大而增加。根据应用场合，可达到的直径范围为从5到7米。

桩管通常通过合适的打桩设备被敲入海床。由于海床通常足够柔软，即使具有相对较大的管道直径，敲入在原理上是仍然可能的。然而，可能出现在地面上存在硬石层或巨石的情况，这使得管道的进一步敲入相当困难或甚至是不可能的。这种石层或巨石会导致锚定方面相当大的问题，特别是对于具有大直径的管道。

发明内容

因此本发明的一个目的是提供一种设备，通过该设备可支撑管道在地面上的锚定。本发明的进一步目的是提供一种用于在地面上锚定管道的经济方法。

根据本发明通过一种用于在被结合到地面的管道内引导具有基本方形切削截面的沟槽壁切削设备的导向架和一种用于在地面上锚定管道的方法来实现所述目的。本发明还包括多个其他优选实施例。

根据本发明的用于在被结合到地面内的管道中引导切削设备的导向架包括：框架体，其可插入管道中并且具有导向件，切削设备可沿该导向件移位；用于在管道内固定并张紧框架体的支撑装置；以及调节装置，利用该调节装置可在管道内在相对于管道轴线的横向方向上调节切削设备。

根据本发明的用于在地面上锚定管道的方法包括以下的步骤：将管道敲入地面，将其上安装有切削设备的导向架插入管道中并使其在管道内下降；通过以旋转方式驱动切削设备的至少一个切削轮以使导向架在管道内张紧并去除管道内的泥土；以及在导向架内轴向降低切削设备。

根据本发明的导向架用于在部分地被结合到地面内的管道中轴向引导切削设备，以在管道内或在管道之下挖掘和/或粉碎泥土材料。根据本发明，因此可通过使用切削设备例如来粉碎和/或移除管道下方阻碍管道进一步敲入的硬质材料，从而支撑管道尤其是在敲入过程中与地面的结合。这种硬质材料例如可为从管道下方伸入管道横断面的巨石。在移除硬质材料或巨石后，管道可进一步结合到地面内。

特别地，管道可为被锚定在地面上的支撑支柱，例如用于风力发电站，优选为海上风力发电站。这种支柱可具有数米的直径，例如5米或以上。在通常的构造中，支柱向上成锥形，尤其在水面以上，由于较弱的力作用在此。

特别地，切削设备可为具有水平安装的切削轮以及基本方形的切削截面的沟槽壁刀具。这种切削设备通常是已知的且通常用于在地面上产生铣沟。

这种标准刀具还可以通过根据本发明的导向架被用于挖除被结合到地面的管道内的泥土。在这种情况下，一个基本方面是切削设备具有比被结合到地面的管道截面的内截面更小的截面，以便在通过锥形上部进入管道时能提升。

本发明的第一核心思想是，切削设备在管道内被轴向地引导从而以针对性的方式通过具有较小直径的切削设备来去除在管道截面的限定子区域内的泥土，以及由此可靠地避免对管道的损坏。为此安装切削设备，使得其可以在切削过程中以相对于导向架的框架体下降的方式在框架体上轴向地移位。框架体由于其部分可被固定地夹紧在管道的截面内，因此实现可靠的引导。

本发明的另一核心思想是能够在管道内在横向方向上调节切削设备，尤其是在各个切削过程之间。为此提供的调节装置因此在相对于管道轴线横向地延伸的管道截面平面移动切削设备。这基于以下的事实，切削设备的截面更小且通常具有不同于管道内截面的形状，所述切削设备使用在该管道中。由于切削设备在管道内的调节可能性，可以有目的地挖掘管道截面的不同子区域。通过切削设备的重复移位，甚至可能(作为一种选择)挖除整个管道截面的区域中的泥土。

根据本发明优选的是，调节装置包括旋转装置，通过其该切削设备能在管道内旋转。例如导向架的内框架(切削设备安装在其上)可相对于在管道内张紧的外框架而旋转。尤其优选的是，另一方面对于在管道内被张紧的或可被张紧的整个导向架而言，在管道内是可旋转的。

调节装置优选地包括移位装置，通过该移位装置，切削设备可相对于管道轴线横向地移位。这能得以实现是因为，例如框架体在管道内可通过可延伸的支撑或延展臂而被张紧，其中支撑臂促进切削框架在管道截面内的不同径向定位。特别地，相对的支撑臂可被提供为能可选地延伸到不同的距离，因此彼此非对称。

根据优选的实施例，提供至少一个辊子，其抵靠管道的管道内壁放置并在其上滚动以使框架体和切削设备一起围绕管道轴线旋转。在这种情况下，对具有布置在其上的切削设备的整个导向架来说，在管道内旋转是可能的，这是尤其有利的。特别优选的是，至少一个辊子被设计为被支撑在管道内壁上且因此支撑导向架的支撑辊。支撑辊从而能优选地通过摩擦锁定而被保持在管道内壁上。此外优选的是，支撑辊可被按压抵靠管道内壁并从而形成支撑装置的一部分，导向架通过该支撑装置可在管道内被张紧。以这种方式，导向架在处于夹紧状态的明问在管道内能旋转。特别优选的是提供多个辊子。

优选地，提供至少一个旋转驱动件，至少一个辊子可被其被驱动以产生框架体的旋转运动。这样可以特别简单的方式实现被夹紧或自由地悬挂于支撑线缆上的设备的旋转。

根据本发明的优选实施例，至少一个辊子可相对于框架体径向地延伸以接触管道内壁。径向可延伸的辊子一方面便于框架体在管道内的张紧且另一方面便于适应不同的管道截面。

该支撑装置优选地包括相对于框架体可径向地延伸的至少一个支撑元件。为了延伸该支撑元件，例如支撑或夹紧爪，可提供液压缸。该支撑元件也可由支撑辊形成，这样导向架的旋转在夹紧状态下是可能的。

优选的是，框架体具有止动件，通过其所述导向架可被支撑在切削设备上。该导向架因此可被放置在切削设备上并由它支撑或承载。缆线悬挂优选地设置在切削设备上，由此切削设备可被悬挂在承载设备上。这使得不必提供单独的提升装置来相应地降低或升高导向架。相反，导向架可经由切削设备保持并插入锋道中或从中移出。

进一步优选的是切削设备能在管道中被倾斜地布置和引导以底切管道的管道壁下方的区域。在这种情况下，特别优选的是，整个导向架能被倾斜地布置在管道内，因此相对于管道的纵轴而言是横向的。如果导向架被布置在管道的 下部区域，则管道壁下方的区域能被倾斜引导的切削设备切掉，例如为了粉碎或移除硬石，如位于该处的巨石。针对切削设备的倾斜布置，该导向架包括优选为可不同地延伸的支撑臂。

同样优选的是提供至少一个辊子，其在框架体绕管道轴线旋转时在管道的管道内壁上转动，以及优选的是该至少一个辊子以径向可延伸的方式安装在支撑元件上，该支撑元件相对于框架体可径向地延伸。可选地，在这种情况下可设定固定的张紧件或张紧件，导向架通过其能在管道内旋转。一方面，框架体可通过径向延伸的支撑元件被固定地张紧在管道内，例如夹紧爪。另一方面，可使用辊子，特别是支撑辊，来代替支撑元件，用于张紧导向架。为此，安装在支撑元件上的辊子可相对于支撑元件径向地延伸，这样它在支撑元件的邻接(abutment)表面上方径向地突出。

为了给调节装置和/或支撑装置供给液压流体，可在导向架上设置液压连接器，该液压连接器被连接到切削设备的液压连接器。该导向架因此可经由被连接到液压单元的切削设备而被供给液压流体。因此，导向架的单独液压供给是不必要的。

此外，本发明涉及一种用于移除管道内的泥土的设备，该管道被至少部分地结合到或敲入地面。该设备包括根据本发明的导向架和安装在导向架上的切削设备，该切削设备包括切削框架和安装在切削框架上的至少一个切削轮。包括切削设备和导向架的单元设置成特别地被用于挖除桩内的泥土，特别是被锚定在地面内的支撑支柱或桩管。特别地，切削设备可为标准刀具，例如沟壁刀具。该导向架适于被放置在这种标准刀具并由其保持。

缆线悬挂优选地被设置在切削设备上。这允许切削设备经由支撑缆线被悬挂在承载单元上。

关于根据本发明的方法，优选的是还提供以下步骤：在管道内在相对于管道轴线的横向方向上调节切削设备，特别是在管道内旋转和/或移位切削设备；以及通过以旋转的方式驱动切削设备的至少一个切削轮并在导向架内轴向地降低切削设备，在管道内沿不同的切削截面移除泥土。特别地，通过在管道截面内切削设备的反复调节，可通过更小直径的切削设备挖空管道的几乎整个截面。在这种情况下，特别优选的是切削设备被偏心地布置在管道截面内并在管道截面内逐渐旋转，直到整个管道截面被挖空。

根据需要，该切削设备可被倾斜地夹紧在管道截面内，因此相对于管道轴线倾斜，并且可移除管道壁下方的泥土。低于管道壁的障碍因此可特别简单地被移除。

附图说明

下面将参考在所附的示意图中示出的优选实施例更详细地描述本发明，其中：

图1以不同视图示出了切削设备；

图2以不同视图示出了根据本发明的导向架；

图3以不同视图示出了具有插入其中的切削设备的根据本发明的导向架；

图4以不同视图示出了具有导向架和切削设备的插入管道中用于移除泥土的设备；

图5示出了根据本发明的方法的初始情况；

图6示出了根据本发明的方法的第一步；

图7示出了根据本发明的方法的第二步；

图8示出了根据本发明的方法的第三步；

图9示出具有插入其中以移除泥土的设备的被锚定在地面上的管道的顶视图。

具体实施方式

相同或相似的工作部件在所有附图中通过相同的附图标记被标识。

图1示出了用于移除泥土的切削设备12，其也可特别地被描述为沟槽壁刀具并构成标准刀具。图1中a)图从而以第一侧视图示出了切削设备12，图1中b)图以第二侧视图示出了切削设备12以及图1中c)图示出了切削设备12的顶视图。

切削设备12包含切削框架14，在其下端多个切削轮16被成对地安装以绕各自的水平旋转轴线可旋转。切削框架14包括沿垂直纵轴线11延伸的侧引导面18。切削框架14进一步包括止动件20，其上可放置有如下所述的根据本发明的导向架30。切削设备12具有基本方形的截面。

缆线悬挂22被设置在切削框架14的上端，切削设备12通过该缆线悬挂可被悬挂在支撑缆线24上(图6到8)。为了给切削设备12供给液压流体，还设置了液压连接器26，液压管路28可连接到其上(图6到图8)。支撑缆线24和液压管路28从切削设备12竖直地向上延伸到承载单元(未示出)，切削设备12 悬挂于该承载单元上。

图2中a)图到图2中c)图示出了在对应于图1中的视图的根据本发明的导向架30。该导向架30具有框架体32，如图1所示，其中形成有用于接收切削设备12的接收空间34。该框架体32包括具有方形截面的内框架37和用于接收并引导切削设备12的引导件36以及布置在内框架37的相对侧并分别具有梯形截面37的两个外框架38。外框架接收用于张紧框架体32的支撑装置40和用于在管道4内调节框架32的调节装置60。

枢轴杆42作为支撑装置40的一部分被可枢转地安装在框架体32上，并且可在框架体32截面内的缩回位置和横向延伸位置之间枢转。存在支撑元件46-其也可被称为夹紧爪或夹紧块-布置在枢轴杆42或支撑臂的外端，用于抵靠管道4的内壁(图4-8)放置以在管道4中张紧导向架30。夹紧或支撑元件46包括用于抵靠管道4的弯曲内壁放置的弯曲夹紧或张紧表面。

为了使枢轴杆42枢转，提供了张力调整缸44，具体为液压缸，其一方面被连接到框架体32并且另一方面被连接到枢轴杆42。与枢轴杆42的连接点大约中心地位于支撑元件46和枢轴杆42的旋转轴线之间。在框架体32上的连接点被布置在枢轴杆42的旋转点之上。

从图2可知，支撑装置40包括相对的、具体为同样形成的支撑单元或枢轴杆布置，用于在管道4内张紧导向架。支撑单元可被不同地和/或独立地致动以在管道4内偏心地张紧导向架30。具体地，就这一点说，其中一个支撑元件46可比另一个相对于框架体32的截面移出得更远。

至少两对支撑单元被布置为沿纵轴线11轴向地偏置以在管道4内实现可靠的张紧，每个支撑单元都具有枢轴杆42，张力调整缸44和支撑元件46。每个支撑单元可被独立地致动，使得导向架30也能够相对于管道内的管道轴线5倾斜地夹紧通过支撑单元的对应位置。该导向架30因此包括枢轴装置，用于使导向架30在管道4内倾斜定位。为了在管道4内枢转导向架30，支撑元件46在导向架30的不同高度延伸到不同距离。这允许相对于管道轴线5倾斜地引导切削设备12，这样使得管道壁下方的区域也能被加工，例如为了移除那里的巨石。

该支撑元件46安装在枢轴杆42上，这样它们可绕水平轴线枢转。为了相对于枢轴杆42枢转支撑元件46，提供了枢轴装置48，具体为枢转缸。支撑元件46的枢转被具体用于调节其定位以适应于枢轴杆42的各个位置。

不同致动的支撑单元也可被视为移位装置70的一部分，通过该移位装置，导向架30可在相对于管道轴线5的横向方向上在管道4内移动。导向架30的横向移位可特别地通过相对的张紧缸44的不同致动而发生。

导向架30包括作为调节装置60一部分的旋转装置62，该旋转装置具有辊子64，用于抵靠在管道4的内壁。辊子64中的至少一个可以旋转的方式通过旋转驱动件66被驱动以在管道4内沿管道内壁旋转导向架30。四个辊子中的两个优选地被设计为从动辊。

辊子64被安装成在框架体32上可径向地调节，使得它们可在缩回位置32和邻接位置之间调节，当处于缩回位置时，辊子从管道内壁缩回，而当处于邻接位置时，辊子抵靠管道内壁。为了移出或移入辊子，提供了调节装置68，具体为液压缸。

在所示出的实施例中，辊子64安装在支撑元件46上。通过调节装置68，辊子64能相对于支撑元件46在其中它们相对于支撑元件46的邻接表面向外伸出的位置与其中它们相对于邻接表面缩回的位置之间径向移动。辊子64被特别地设计为支撑辊并可通过在管道4内的摩擦锁定连接保持导向架30。辊子64可因此被视为支撑装置10的一部分，其中它们用作用于抵靠管道内壁的支撑元件。导向架30可因此通过使辊子64径向移出而在管道4内被张紧并在管道内旋转，可以说，处于张紧状态。

导向架30经由液压连接件82附接到切削设备12的相应液压连接件80。在以对应于图1和图2的视图，图3示出了切削设备12插入其中的导向架30。导向架30从上方被放置在切削设备12上并位于切削框架14上。就这一点而言，止动件33设置有向下定向的止动表面，导向架通过该止动件位于切削框架14的止动件20上。切削设备12因此承载导向架30。切削设备12的切削轮16在这种情况下相对于导向架30向下向外伸出。

图4以不同视图示出插入管道4中用于移除泥土的设备10，所述设备包括其上安装有导向架30的切削设备12。切削设备12通过支撑缆线24由例如位于平台上或在水面3的船上的承载单元所保持。在降低设备10时，该导向架30抵靠切削设备12的止动件20，并且被其设备所保持。

切削设备12具有比管道4更小的截面。为了移除管道4内的泥土材料，导向架30在管道4内通过支撑装置40被张紧。从图4的左侧图可以推断，框架 体32因此在管道4的侧区域可被引导件36偏心地夹紧，这样切削设备12在管道4内被偏心地引导。当导向架30被张紧时，切削设备12可相对于导向架30向下移动以移除泥土材料，如图4的上侧插图所示。

将参照图5到图8，通过锚固海上风力发电站用基础管道或桩管的示例来描述根据本发明的用于将管道结合到地面的方法。

海上风力发电站的管道4通过顶部打桩锤被敲入地面1或海床，直到它遇到有可能巨石2，如图5示意性地示出。管道4包括具有大直径的下部8和具有小直径的上部6。水面用附图标记3表示。

为了除去巨石2，根据本发明的设备10(也可被描述为巨石刀具)被装配到桩管的上锥形开口。

切削设备12从上插入管道4并通过支撑缆线24被降低至地面或海床。切削设备然后在桩管(图6)内通过导向架30被张紧，导向架也可被描述为夹紧和调节框架并位于切削设备12上。

通过以旋转方式驱动切削轮16，泥土被移除，由此切削设备12相对于导向架30向下移动，特别是由于其自身的重量(图7)。

桩管分段并通过导向架30移位切削设备12而被钻孔。在这一点，切削设备12可被横向地移位和/或枢转一定量，例如90°。关于这一点，导向架30的固定张紧被释放，导向架30被抬起，移位和/或旋转并通过支撑元件46被再次固定。

现在泥土可沿着不同的截面区域被移除(图8)。

当达到桩管末端时，巨石2被切掉并且切削设备12可底切桩管内壁，特别地由于其倾斜定位，以提高桩的进一步穿透。

图9示出了管道4的顶视图，设备10被插入其中以移除泥土。从该图中可知，支撑装置40被完全地移入以张紧导向架30并位于框架体32的截面内。当支撑装置被移入时，框架体32的截面具有使其装配进入管道4的锥形区域6的尺寸。

总之，根据本发明的设备10及相应的方法允许管状体以相当简化的方式被敲入地面，特别是河床或海床。因此，可以非常经济地形成在地面特别是在海床中支撑结构。

Claims (14)

1.用于在被结合到地面的管道内引导具有基本方形切削截面的沟槽壁切削设备的导向架，具有

—框架体，其包括导向件，所述切削设备沿该导向件可被移位，

其特征在于，

—所述框架体可被插入所述管道中，所述管道相对于切削设备具有较大的截面，

—所述框架体包括用于接收所述沟槽壁切削设备的接收空间以及止动件，所述导向架通过该止动件可被放置并支撑在所述沟槽壁切削设备上，

—设置有支撑装置，用于在相对于切削设备具有较大截面的所述管道内张紧和固定所述框架体，以及

—设置有调节装置，所述沟槽壁切削设备通过该调节装置在所述管道内在相对于管道轴线的横向方向上可被调节。

2.根据权利要求1所述的导向架，其中，所述调节装置包括旋转装置，所述沟槽壁切削设备通过所述旋转装置可在所述管道内旋转。

3.根据权利要求1所述的导向架，其中，所述调节装置包括移位装置，通过该移位装置，所述切削设备可相对于所述管道轴线横向地移动。

4.根据权利要求1所述的导向架，其中，设置至少一个辊子，其抵靠所述管道的管道内壁放置并在其上滚动以使所述框架体和所述切削设备一起围绕所述管道轴线旋转。

5.根据权利要求4所述的导向架，其中，设置至少一个旋转驱动件，所述至少一个辊子可以被该至少一个旋转驱动件驱动以产生所述框架体的旋转运动。

6.根据权利要求4所述的导向架，其中，所述至少一个辊子相对于所述框架体可径向地延伸以接触所述管道内壁。

7.根据权利要求1所述的导向架，其中，所述支撑装置包括至少一个支撑元件，其相对于所述框架体可径向地延伸。

8.根据权利要求1所述的导向架，其中，所述沟槽壁切削设备在所述管道内可被倾斜地布置和引导以底切所述管道的管道壁下方的区域。

9.根据权利要求7所述的导向架，其中，设置至少一个辊子，在所述框架体绕所述管道轴线旋转时，所述至少一个辊子在所述管道的管道内壁上滚动，以及

所述至少一个辊子被安装成，使其可在支撑元件上径向地延伸，所述支撑元件相对于所述框架体可径向地延伸。

10.根据权利要求1所述的导向架，其中，为了给所述调节装置和/或支撑装置供给液压流体，在所述导向架上设置液压连接件，该液压连接件可被连接到所述沟槽壁切削设备的液压连接件。

11.用于在至少部分地结合到地面上的管道内移除泥土的设备，具有

—根据权利要求1所述的导向架；以及

—沟槽壁切削设备，其安装在所述导向架上并且包括切削框架，多个切削轮围绕各自的水平旋转轴线可旋转地安装在所述切削框架上以形成基本方形的截面。

12.根据权利要求11所述的设备，其中，在所述沟槽壁切削设备上设置有缆线悬挂。

13.用于在地面上锚定管道的方法，包括以下的步骤：

—将所述管道敲入地面，

—将其上安装有沟槽壁切削设备的导向架插入到相对于切削设备具有较大截面的管道内并且该导向架在所述管道内降低，

—所述导向架在所述管道内张紧，以及

—通过以旋转的方式驱动沟槽壁切削设备的多个切削轮并在所述导向架内轴向地降低所述沟槽壁切削设备，去除所述管道内的泥土，

其特征在于，

—使用如权利要求11或12所述的设备。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，提供了以下的进一步步骤：

—在所述管道内在相对于管道轴线横向的方向上调节所述沟槽壁切削设备，以及

—通过以旋转方式驱动所述沟槽壁切削设备的多个切削轮并在所述导向架内轴向地降低所述切削设备，在所述管道内沿着不同的切削截面移除泥土。