CN103890271A - 用于减小液体中的声音振动的设备和方法 - Google Patents

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CN103890271A CN201280050899.7A CN201280050899A CN103890271A CN 103890271 A CN103890271 A CN 103890271A CN 201280050899 A CN201280050899 A CN 201280050899A CN 103890271 A CN103890271 A CN 103890271A
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Abstract

本发明涉及当向下驱动基础部件到液体的表面以下从而使其一端扎根到液体的底部中时用于减小液体中的声音振动的设备，其包括管状结构，该管状结构适合于将其一部分降低到液体的表面以下且适合于将基础部件纵向地定位在该管状结构中，与管状结构接触的密封装置，且该密封装置适合于当基础部件被纵向地定位在管状结构中以向下驱动基础部件时通过在表面以下的管状结构部分和基础部件之间的接触而产生内含体积，适合于当基础部件被纵向地定位于管状结构中并且内含体积已经产生时从内含体积中除去液体的泵送装置。

Description

用于减小液体中的声音振动的设备和方法
技术领域
本发明涉及当向下驱动基础部件到液体的表面以下从而使其一端扎根/固定到液体的底部中时用于减小液体中的声音振动的设备。
背景技术
在离岸环境中向下驱动基础部件的公知问题是由于向下驱动基础部件进入海床中所引起的声音发射。研究表明，鱼和海洋哺乳动物，在距离被驱动进入海床的基础部件某一距离内，由于水中的和来自海床的声音振动（声音发射）而受到严重的健康危险。许多研究论文已经说明了来自于基础部件，例如被驱动进入海床中的单桩（monopiles），的噪音和声音振动对于鱼和海洋哺乳动物的所述有害影响，例如“Technical Guidance forAssessment and Mitigation of the Hydroacoustic Effects of Pile Driving onFish”，2009年2月，编写需求方：California Department of Transportation，联系人：Jim Andrews，编写者：ICF Jones&Stokes，630K Street，Suite400，Sacramento，CA95818，联系人：Rick Oestman，Dave Buehler和：Illingworthand Rodkin，Inc，505Petaluma Bivd.South，Petaluma，CA94952，联系人：James Reyff，Rich Rodkin。
JP60159218A描述了陆上的隔音器，其使用柔韧的/气体填充的波纹管形状的套子，当单桩被打桩锤驱动时该套子围绕单桩。包含气体和水的波纹管在陆上的环境中充当弹簧和减振器的解决方案，然而如果用于离岸环境中，被水包围时将会传递噪声发射。
DE10302219描述了一种离岸的解决方案，其中通过大量的气体填充的隔间或小室使得桩或柱与周围的水得以噪音隔离。
WO2007096132描述了一种离岸的解决方案，其中桩或柱通过呈围堰结构的减小噪音的套子得以噪音隔离，因为在被驱动到海床中时桩位于无水环境中。
发明内容
考虑到以上描述的现有技术，本发明的一个目的是提供用于在液体例如海洋的底部中向下驱动基础部件的快速且便宜的方式同时确保最小的声音振动以便最小化环境影响的设备和方法。
这个目的可以借助于当向下驱动基础部件到液体的表面以下从而使其一端扎根到液体的底部中时用于减小液体中的声音振动的设备来实现，该设备包括管状结构，该管状结构适合于将其一部分降低到液体的表面以下且适合于将基础部件纵向地定位在该管状结构中；与该管状结构接触的密封装置，且该密封装置适合于当基础部件被纵向地定位在管状结构中以向下驱动基础部件时通过在表面以下的管状结构部分和基础部件之间的接触而产生内含体积；泵送装置，适合于当基础部件被纵向地定位于管状结构中并且内含体积已经产生时从内含体积中除去液体的泵送装置。
因此，当在液体例如海洋或湖泊的底部中向下驱动基础部件时，有可能减小声音振动。此外，本发明适合于离岸使用，由于其相对简单和便宜。
使用密封装置减小了在液体被除去以后再进入内含体积中的液体的量。这是有利的，因为这减小了泵的能量和/或燃料消耗。
管状结构是中空的纵向结构，优选为圆筒；然而，也可以使用其它形状，只要基础部件能够被纵向地定位在管状结构中。管状结构的截面形状例如可以是正方形、长方形或六边形。在一个实施方案中，管状结构具有与基础部件相同的截面形状。在一个实施方案中，管状结构可以被解释为围堰。管状结构可以被降低到和/或保持在液体的底部以上的所需高度。
基础部件，优选为单桩，可以用于产生用于各种离岸结构例如风轮机的基础。可以通过将它们驱动到液体的底部中而将它们埋置在地面中；基础部件在地面中的深度取决于基础部件的预期用途和该地点的地质状况。在一个实施方案中，基础部件包括多个分离的部分，当被向下驱动时这些部分被连接起来。
内含体积可以理解为在一个部分中在基础部件和管状结构之间的体积，在该部分，基础部件和管状结构重叠且在底部被密封装置限定边界。在一个实施方案中，内含体积也在顶部限定边界并且填充有气体，以便将声音振动减小到所需水平。
优选地，内含体积是开放到大气中的。这可以通过在基础部件和管状结构之间不采用另外的密封装置而获得。内含体积内部的压力于是将会是大约1个大气压并且等于周围的空气。于是，当例如通过锤子向下驱动基础部件时所产生的声音振动被传递给内含体积中的空气。于是，基本上所有这些声音振动都通过通向大气的开口而得到均衡，因此不会传递到管状结构和向前传递到液体中。换句话说，内含体积将当向下驱动基础部件时产生的大量的声音振动向上和向外引导到大气中，因此减小了液体中的声音振动。
密封装置，例如密封垫或另外的机械密封圈，可以确保只有少量的液体进入内含体积。少量，应当理解为液体进入内含体积的流量应当不超过泵送装置的泵送能力。优选使密封装置尽可能严密，因为这将会节省泵送装置使用的能量。泵送装置可以是适合于泵送相关液体的液体泵。优选将泵送装置放置在液体表面的下方和/或密封装置附近，其中入口在内含体积的底部。
优选地，在将基础部件放置在管状结构中之前，将管状结构降低到液体中，优选地通过将其降低到基础部件中。替代地，可以在将管状结构的一部分降低到液体的表面以下之前，将基础部件放置在管状结构内。
在一个实施方案中，该设备进一步包括支撑结构，该支撑结构包括多个连接到管状结构的可枢转的腿部，其中所述多个腿部适合于通过将多个腿部放置在液体的底部上来支撑管状结构。因而支撑结构可以用于使其自身以任何所需的倾斜度放置。另外，支撑结构可以设计成支撑其自身，以使得能在基础部件被插入或用于稍后插入的情况下，将支撑结构留在液体的底部上，以便在稍后的时间将基础部件向下驱动。优选地，支撑结构具有均匀分布在其周围的三个腿部。腿部和支撑结构之间的角度可以变化以便确保所需的倾斜度。
在一个实施方案中，该设备进一步包括适合于将管状结构保持在基本上垂直的位置的支撑结构。优选支撑结构具有垂直位置而与液体的底部的倾斜度无关，因为垂直位置为使用基础部件作为其基础的一部分的结构提供了最佳条件。
优选地，密封装置被固定到管状结构。管状结构可以在多个基础部件上再次使用，并且密封装置也是可以再次使用的。因此，希望两者是连接的，这将会导致更加简单和容易地操纵本发明。
有利地，密封装置包括可膨胀的部分，其适合于当将基础部件纵向地放置在管状结构中时膨胀，由此确保严密的密封。这是确保密封尽可能严密且同时使得降低基础部件更加简单的方式，由于当降低基础部件时可膨胀的部分可以是未膨胀的，随后再膨胀。因此，直到开始向下驱动基础部件以前，降低过程都不必处理严密的密封部件。这也保护密封装置不受磨损。
在一个实施方案中，管状结构包括适合于伸长和缩短管状结构的伸缩部分。这将会简化管状结构的处理并且当管状结构具有可观的长度例如超过10米时是特别需要的。另外，对于多个管状结构，即使当它们被放置在不同的深度时，伸缩部分也可以确保液体表面以上的管状结构部分具有相同的高度。
本发明进一步涉及包括多个在此所述的设备的系统，其中多个设备通过至少一个定距块连接起来以确保放置在管状结构中的基础部件相对于彼此的预定位置。一个或多个定距块可以用于连接各个管状结构并且由此使得预定模式可行。如果，例如多个结构需要具有多于一个基础部件的基础，让管状结构和定距块的系统形成用于基础部件的固定模板可能是有利的。在一个实例中，定距块形成正方形，管状结构位于角部；因而使四个基础部件相对于彼此精确地定位在正确位置中是可能的。因而该系统可以被升高到基础部件之上并且用于向下驱动四个新的基础部件。
本发明的另一个方面涉及当向下驱动基础部件到液体的表面以下从而使其一端扎根到液体的底部中时用于减小液体中的声音振动的方法，包括下列步骤：降低管状结构的一部分到液体的表面以下，将基础部件插入管状结构，在密封装置与基础部件和管状结构接触的情况下在基础部件和管状结构之间产生内含体积，从内含体积中除去液体，从而在声音振动减小的情况下向下驱动基础部件进入液体的底部。
当执行这个方法时，与在液体中向下驱动基础部件有关的声音振动得到显著降低以有利于附近的鱼和海洋哺乳动物。
在一个实施方案中，所述方法进一步包括调节管状结构的倾斜度的步骤。这是有利的，因为这确保了基础能够被定位和倾斜以支撑任何所需结构。优选地，利用支撑结构进行管状结构倾斜度的调节，支撑结构优选地包括多个腿部，腿部的一端支撑管状结构而另一端搁置在液体的底部。液体的底部可以具有不同的倾斜度，并且通常希望基础部件的倾斜度是垂直的。所述的支撑结构可以用于确保这一点。
有利地，在向下驱动基础部件进入底部中之后，进行下列步骤：将管状结构升高到基础部件之上并且由此从基础部件上取下管状结构。因而当向下驱动另一个基础部件时可以使用该管状部件。
优选地，将管状结构降低到液体的底部。因而其可以由底部支撑并且更易于控制。另外，可以让其立于底部上以备稍后使用。
在一个实施方案中，管状结构包括用于伸长和缩短管状结构的伸缩部件。这在管状结构具有可观的长度时是有利的。因而使得将其运输到将要降低的地点变得更容易。
在一个实施方案中，将管状结构的一部分降低到液体的表面以下是从适合于漂浮在液体上的船只上进行的。这是所希望的，因为这是将设备运输到将要向下驱动基础部件的地点的简单方式。优选地，船只包括至少一个杆，其降低到液体的底部以便支撑船只。优选地，船只在立于至少一个杆上时被升高至液体的表面之上。船只可以是自升式钻井平台，其给出了离岸向下驱动基础部件的非常稳定的条件。
在一个实施方案中，当以预定的模式向下驱动基础部件时使用通过定距块连接在一起的多个管状结构。这能够实现基础部件的预定模式。
应当理解所述方法可以适合于所提到的设备的使用，反之亦然。
附图说明
以下将会参考附图更详细地描述本发明：
图1A、1B管状结构准备下降的本发明实施方案的示意图。
图2A、2B管状结构搁置在船只上的本发明实施方案的示意图。
图3A、3B管状结构正在下降的本发明实施方案的示意图。
图4A、4B通过支撑结构使管状结构稳定的本发明实施方案的示意图。
图5A、5B通过支撑结构使自由直立的管状结构稳定的的本发明实施方案的示意图。
图6通过支撑结构使管状结构稳定并且通过锤子向下驱动基础部件的本发明实施方案的示意图。
图7通过支撑结构支撑管状结构并且基础部件被建立在底部中的本发明实施方案的示意图。
图8A、8B本发明实施方案的示意图。
具体实施方式
本发明解决快速向下驱动一个或多个基础部件，优选为单桩，进入液体的底部，以在离岸环境中产生用于各种结构例如风轮机的基础的问题。其为例如在离岸的风力发电厂中安装多个风力发电机提供了以环境友好的方式建立基础的设备和方法。在一个实例中，这可以由可定位的、自支撑的临时围堰通过下列方式完成：将临时围堰从船只上转移、定位、调节到海洋底部上的所需位置，这使得能够早期放置和调节围堰并且随后打入基础部件。
本发明的一个方面是用于海洋和湖泊中的环境安全且快速的基础部件安装的方法。优选地，包括将临时围堰结构运输到建筑场所的方法，将这些围堰结构转移到淹没区域的底部，在这里安装位置和角度借助于可调节的腿部等进行调节，以实现在海洋或湖泊中的自支撑的围堰。因而产生围堰结构和基础部件之间的内含体积。随后泵将水从内含体积中除去，导致空气通过顶部的开口进入。这减小了由于向下驱动基础部件进入海洋或湖泊底部中引起的水体声音效应的传递，这确保了对周围环境的最小量的振动。根据本发明的设备优选地在能够移动或被移动的船只上运输并且从其上展开，所述船只例如是漂浮的运输船只，比如艇或自升式钻井平台。
图8A、8B显示了本发明的实施方案，管状结构3已经被部分降低到液体中。管状结构3可以通过自升式钻井平台、艇或腿部搁置在液体的底部9上的支撑装置而保持在适当位置。管状结构3搁置在底部9上，将管状结构3搁置在底部9上能够有助于稳定管状结构3。在管状结构3中，基础部件10已经被降低。管状结构3和基础部件10两者均延伸超过液体14表面。密封装置7固定到管状部件3，并且与基础部件10密封接触。然后，泵15能够将最初存在于内含体积12中的液体清空。泵15具有与内含体积12连接的入口和在液体中的出口。因而，在例如通过锤子向下驱动基础部件10进入底部10时，能够保持内含体积12基本上无液体。本领域技术人员将会了解，很难保持密封装置7完全严密，因为当驱动基础部件10进入地面9时基础部件10相对于密封装置移动。因此需要在向下驱动基础部件10的整个操作期间保持泵运行，以便确保内含体积12基本上无液体。由于内含体积12的无液体部分，在液体中的声音振动得到减小。图8A显示了整体式的管状结构3，而8B显示了伸缩式的管状结构3。
图1公开了本发明在一个实施方案中的简化示意图，包括离岸的船只1、自升式腿部2、带有可调节的腿部4的管状结构3（也被称为围堰结构）、管状结构升降系统5、在储存区域6中的管状结构和密封装置7。自升式船只1提供了用于运输和放置管状结构3的稳定平台。
图2显示了本发明实施方案的简化示意图，其中管状结构3通过输送系统8从储存区转移到围堰结构升降系统5。
图3显示了手边的本发明实施方案的简化示意图，其显示了管状结构3通过管状结构升降系统5被运送（lift）到液体的底部9。
图4显示了手边的本发明实施方案的简化示意图，其显示了管状结构3通过管状结构3上的可调节腿部4进行角度调节。
图5显示了手边的本发明实施方案的简化示意图，其显示了管状结构3被放置在海床9上以便稍后向下驱动基础部件10。
图6显示了手边的本发明实施方案的简化剖面示意图，其显示了通过打桩锤11正被驱动到海床9中的基础部件10，同时在管状结构3和桩10之间的内含区域12借助于泵保持干燥，这将会减小当向下驱动基础部件进入底部9中时产生的声音振动。另外，辅助的噪音减小系统将气体吹出进入周围的海水中，利用气泡帘13包围所述管状结构3，这更进一步减小了由向下驱动基础部件10引起的声音振动。辅助的噪音减小系统可以使用泵产生气泡帘，并且优选地泵与用于清空内含体积12中的液体的泵15相同。
图7显示了手边的本发明实施方案的简化示意图，其显示了处于最终位置的基础部件10，管状结构3仍然包围着它。随后，管状结构3优选地升起并被从基础部件10上除去。
本发明的实施方案描述如下：
本发明的实施方案涉及在被淹没的环境中建立临时围堰结构的方法，以容许以环境友好的方式在被淹没环境的底部上打入用于结构的基础，包括下列步骤：将围堰结构输送到正确位置，降低所述围堰结构以与所述被淹没环境的所述底部正确接触，利用所述围堰结构的自给式可调节结构将所述围堰结构定位在正确的角度，插入并且向下驱动所述基础部件，此后，所述围堰结构将会被升高以确保其与所述新近打入的基础部件没有金属接触。当所述基础部件被安装在围堰结构中时，围堰结构和基础部件一起能够产生内含体积，能防止所述基础部件的外周与被淹没环境的流体直接接触。通过在所述围堰结构和所述基础部件之间安装的密封件来确保所述内含体积。
优选地，所述内含体积通过部分地使围堰结构与所述被淹没环境的所述底部密封接触而产生。用所述底部的物质作为密封件。
优选地，所述围堰结构由可相对于彼此伸长的2个或更多伸缩部件构成，以容许适应不同的水平面和更容易升降和/或运输围堰结构。
优选地，通过使所述密封件为可膨胀类型而使所述内含区域得到保障，甚至在深水处也能实现严密的密封。
优选地，通过使可膨胀类型的所述密封件被气体、流体或两者的混合物膨胀而使所述内含区域得到保障，以实现选定的膨胀性或收缩。
优选地，所述基础部件是中空类型的，使得当所述基础部件与被淹没环境的底部密封接触时能够实现另外的内含区域，这个内含区域容许调节所述基础部件的振动特性。
优选地，一个或多个内含体积被部分或完全地填充有气体以容许调节所述基础部件的振动特性。
优选地，所述一个或多个内含体积被部分或完全清空以容许调节所述基础部件的振动特性。
优选地，所述一个或多个内含体积被部分或完全地填充有气体和流体的混合物以容许调节所述基础部件的振动特性。
优选地，所述一个或多个内含体积被用作隔离物以容许调节所述基础部件的振动特性。
优选地，用泵将所述一个或多个内含体积部分或完全清空以容许调节所述基础部件的振动特性。
优选地，用泵使所述一个或多个内含体积被部分或完全地填充有气体和流体的混合物以容许调节所述基础部件的振动特性。
优选地，向下驱动所述基础部件进入所述被淹没环境的所述底部中的驱动器是锤子或锤子状的机构。
优选地，向下驱动所述基础部件进入所述被淹没环境的所述底部中的驱动器是振动器。
优选地，该方法或系统安装于在被淹没环境中运输的船只上；这可以是任何种类的相关船只。
优选地，在打入所述基础部件的同时，在可伸长导管的下部围绕可伸长的导管吹出气泡帘，以减少噪音从所述可伸长的导管和所述基础部件到被淹没环境的迁移。
术语“被淹没环境”可以是基于盐水的区域或基于淡水的区域，或其混合。基于盐水的区域可以是海洋或湖泊，基于淡水的区域可以是湖泊、河流、池塘、或人类创造的被人工淹没的区域。
优选地，用于在被淹没环境中运输的所述运输单元是漂浮运输单元，如船、艇、驳船或其它漂浮运输单元。
优选地，用于在被淹没环境中运输的所述运输单元是基于轮子的、带传动的或其它滚动或传动的运输单元，如卡车、吊车或其它基于轮子的、带传动的或其它滚动或传动的运输单元。
优选地，用于在被淹没环境中运输的所述运输单元是飞行或悬停运输单元，例如飞机、气垫船、直升机或其它飞行或悬停运输单元。
优选地，用于在被淹没环境中运输的所述运输单元是自升类型的船只。
优选地，所述基础部件是单桩。
优选地，所述基础部件是钢、混凝土、塑料、复合材料、陶瓷、其它刚性或半刚性材料或其任何混合物的构架。
优选地，所述自给式可调节结构包含一个或多个腿部，用于间接地或直接地与所述底部相互作用以改变或稳定所述围堰结构相对于所述底部的角度。
优选地，所述自给式可调节结构包含一个或多个可枢转的部件，其与所述底部相互作用以改变或稳定所述围堰结构相对于所述底部的角度。
优选地，所述自给式可调节结构包含一个或多个可伸长的部件，其与所述底部相互作用以改变或稳定所述围堰结构相对于所述底部的角度和/或改变其水平位置。
优选地，所述的将基础部件驱动到被淹没环境的底部中是借助于基础部件相对于所述围堰结构的旋转来进行的。
优选地，所述的将基础部件驱动到被淹没环境的底部中是借助于基础部件内部的流体或刚性介质相对于所述被淹没环境的所述底部的旋转来进行的。

Claims (17)

1.一种当向下驱动基础部件到液体的表面以下从而使其一端扎根到所述液体的底部中时用于减小所述液体中的声音振动的设备，包括：
-管状结构，所述管状结构适合于将其一部分降低到所述液体的表面以下且适合于将所述基础部件纵向地定位在所述管状结构中，
-密封装置，所述密封装置接触所述管状结构并且适合于当所述基础部件被纵向地定位在所述管状结构中以向下驱动所述基础部件时通过在所述表面以下的管状结构部分和所述基础部件之间的接触而产生内含体积，
-泵送装置，所述泵送装置适合于当所述基础部件被纵向地定位于所述管状结构中并且所述内含体积已经产生时从所述内含体积中除去液体。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述设备进一步包括支撑结构，所述支撑结构包括多个连接到所述管状结构的可枢转的腿部，其中所述多个腿部适合于通过将所述多个腿部放置在所述液体的底部上来支撑所述管状结构。
3.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述设备进一步包括适合于将所述管状结构保持在基本上垂直的位置的支撑结构。
4.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述密封装置被固定到所述管状结构上。
5.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述密封装置包括可膨胀的部分，所述可膨胀的部分适合于当将所述基础部件纵向地放置在所述管状结构中时膨胀，由此确保严密的密封。
6.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述管状结构包括适合于伸长或缩短所述管状结构的伸缩部分。
7.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述内含体积是开放到大气中的。
8.一种包括多个如前述权利要求中任一项所述的设备的系统，其中多个设备通过至少一个定距块连接以确保被放置在所述管状结构中的基础部件相对于彼此的预定位置。
9.一种当向下驱动基础部件到液体的表面以下从而使其一端扎根到液体的底部中时用于减小液体中的声音振动的方法，包括下列步骤：
-降低管状结构的一部分到所述液体的表面以下，
-将基础部件插入所述管状结构中，
-利用与所述基础部件和所述管状结构密封接触的密封装置在所述基础部件和所述管状结构之间产生内含体积，
-从所述内含体积中除去液体，
从而，在声音振动减小的情况下向下驱动所述基础部件进入所述液体的底部中。
10.如权利要求8所述的方法，进一步包括调节所述管状结构的倾斜度的步骤。
11.如权利要求9所述的方法，其中利用支撑结构进行所述管状结构的倾斜度的调节，所述支撑结构优选地包括多个腿部，所述腿部的一端支撑所述管状结构而另一端搁置在所述液体的底部上。
12.如权利要求8至10中任一项所述的方法，其中在所述基础部件已经被向下驱动到所述底部中之后，进行下列步骤：将所述管状结构升高到所述基础部件之上并且由此从所述基础部件上取下所述管状结构。
13.如权利要求8至11中任一项所述的方法，其中所述管状结构被降低到所述液体的底部。
14.如权利要求8至12中任一项所述的方法，其中所述管状结构包括用于伸长和缩短所述管状结构的伸缩部件。
15.如权利要求8至13中任一项所述的方法，其中将管状结构的一部分降低到所述液体的表面以下是从适合于漂浮在所述液体上的船只进行的。
16.如权利要求14所述的方法，其中所述船只包括至少一个杆，所述杆被降低到所述液体的底部以便支撑所述船只，优选地，所述船只在立于所述至少一个杆上时被升高至所述液体的表面之上。
17.如权利要求8至15中任一项所述的方法，其中当以预定的模式向下驱动基础部件时使用通过定距块连接在一起的多个管状结构。
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