CN105829203B - 桩翻转系统、船舶和用于翻转桩的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及桩翻转系统，用于翻转桩，例如为用于建立海上风力发电机的单桩，桩翻转系统包括：‑可枢转安装的桩支撑架，具有用于接合桩的外壁的底座，桩支撑架可围绕支撑架旋转轴线枢转，用于允许底座在翻转期间支撑桩；‑缆线系统，用于在舷外使用时支撑桩的端部，包括一个或多个张紧的或可张紧的缆线，缆线的舷外端具有提升元件，用于在翻转桩期间支撑桩的舷外端；‑舷外支撑系统，包括框架元件，用于在使用期间在舷外延伸且支撑缆线系统的提升元件，其中，舷外支撑系统相对于桩支撑架设置，使得框架元件相对于支撑架旋转轴线横向延伸，用于将提升元件设置为与底座相距以距离且与底座对准，使得在桩沿着底座纵向移动时，桩可以与提升元件接合。

Description

桩翻转系统、船舶和用于翻转桩的方法
技术领域
本发明涉及一种桩翻转系统以及一种用于翻转单桩的方法，该单桩用于建立海上风力发电机。
背景技术
GB2226539 A公开了用于海上施工作业的系统，其中，使用两个起重机来翻转桩，一个起重机通过吊索连接至桩的一端，而另一个起重机通过吊索连接至在桩上的两个隔开的连接点，但是其作用线是相对于重心(c)的另一侧，而非吊索。在翻转的过程中，撑杆保持在连接点之间分离。围绕滑轮拖拉吊索，使得在翻转期间，两个吊索均等地平分桩的负荷，这通过相对于一个吊索提高或降低另一个吊索来实现。三点升降布置避免了在桩上具有过多的弯曲应力。
众所周知，在海上翻转桩，其中，桩的舷外端搁置在围绕桩倾斜的支架上。在翻转期间，舷外端由具有吊钩的缆线支撑。
单桩(mono-pile)(例如用于支撑风力涡轮机)具有高达4到6米的大直径，并且可以具有几百吨的重量。将这些桩以水平的姿态从其生产场地运输到例如风力涡轮机停放处。这些桩通常以竖直的姿态使用。因此，这些桩在现场从水平姿态翻转成竖直姿态。由于桩是薄壁结构并且易于具有局部弯曲应力，所以该翻转是一项困难的任务。此外，在桩附近的舷外操作可以对人员造成危险。
发明内容
因此，本发明旨在提供一种在操作过程中对于人员更安全的桩翻转系统。
本发明的另一个目标在于，改进现有的桩翻转系统，至少部分解决了与其相关联的问题。
本发明的另一个目标在于，提供一种替换的桩翻转系统。
根据本发明的第一方面，这通过一种桩翻转系统实现，该系统用于翻转桩，例如为用于建立海上风力发电机的单桩，所述桩翻转系统包括：
-可枢转安装的桩支撑架，具有用于接合桩的外壁的底座，所述桩支撑架可围绕支撑架旋转轴线枢转，以用于允许所述底座在翻转的过程中支撑桩，
-缆线系统，用于在舷外使用时支撑桩的端部，包括一个或多个张紧的或可张紧的缆线，一个或多个张紧的或可张紧的缆线的舷外端设置有提升元件，所述提升元件用于在翻转所述桩的过程中支撑所述桩的舷外端，
-舷外支撑系统，包括框架元件，所述框架元件用于在使用期间在舷外延伸并且支撑所述缆线系统的提升元件，
其中，所述舷外支撑系统相对于所述桩支撑架设置，以使得所述框架元件相对于所述支撑架旋转轴线横向延伸，用于将所述提升元件设置为与所述底座相距一距离并且与所述底座对准，以使得在桩沿着所述底座纵向移动时，桩可以与所述提升元件接合。
这能够省略人们在桩下方的舷外操作。这提高了翻转操作的安全性。
值得注意的是，与本发明相比，丹尼斯丹妮等人：“桩引导工具”，石油技术杂志，2013年3月7日(2013-03-07)(Dennis Denney ET AL:"Pile-Guiding Tool",Journal ofPetroleum Technology,7March 2013(2013-03-07))未公开缆线系统，因此，未公开支撑缆线系统的提升元件。相反，丹尼斯丹妮等人(Dennis Denney ET AL)展示出了用于支撑桩的端部的舷外支撑架和枢转安装的桩支撑架。与本发明相比，丹尼斯丹妮等人的舷外支撑架具有固定的长度，在可取地增大桩的舷外部分时，该长度在操作期间没有灵活性。
同样，曼弗雷德拜耳等人：“在英国巴罗海上风场钻取单桩的新鲍尔飞钻系统”，鲍尔机械公司，D-865292施鲁本豪森，德国，2011年10月21日(2011-10-21)(Manfred BeyerET AL:"New BAUER Flydrill system drilling monopiles at Barrow Offshore WindFarm,UK",BAUER Maschinen GmbH,D-865292Schrobenhausen,Germany,21oktober 2011(2011-10-21))未公开缆线系统，因此，未公开支撑缆线系统的提升元件。相反，拜耳公开了桩处理系统，该系统在甲板上将桩保持在框架内，同时翻转桩，并且在被驱动时，更小的舷外框架引导桩。
瑞姆科洛温塔尔等人：“IHC处理系统”，2009年10月16日(2009-10-16)(RemcoET AL:"IHC Handling Systems",16oktober 2009(2009-10-16))(RemcoET AL:"IHC Handling Systems",16oktober 2009(2009-10-16))公开了鞍形座和吊钩概念，具有保持架和缆线以及吊钩系统，用于在翻转桩期间保持桩的端部。然而，洛温塔尔未公开包括框架元件的舷外支撑系统，该框架元件用于在使用时在舷外延伸并且支撑缆线系统的提升元件。因此，洛温塔尔需要极不可取的更多舷外操作。
GB2394498(工程商业(Engineering Business)，28-4-2004)示出了枢转架，用于使用A框架将风力涡轮机安装在直接位于水下桩上的结构上，使用绞车缆线系统，可以移动该A框架。GB2394498未公开缆线系统，因此，未公开支撑缆线系统的提升元件。相反，在该结构处于其直立位置中时，因此在翻转之后，导线或拉线连接至该结构的端部部分。导线用于将该结构的端部部分引入预装地基内，参考第8页第7-9行。
在根据本发明的桩翻转系统的实施方式中，框架元件舷内端与所述桩支撑架耦接，使得所述框架元件与所述桩支撑架一起枢转。这确保了提升元件与底座对准，使得在桩沿着底座纵向移动时，桩与提升元件接合。
在桩翻转系统的实施方式中，所述框架元件与所述桩支撑架形成单元，使得所述框架元件与所述桩支撑架一致地枢转。这甚至更加确保了提升元件保持与底座对准。
在桩翻转系统的实施方式中，所述桩支撑架通过球面轴承可枢转地安装，所述球面轴承允许所述支撑架围绕所述支撑架旋转轴线并且围绕横向于所述支撑架旋转轴线的轴线旋转。通过这种方式，在例如提升机驱动器移动桩的上端远离理论翻转平面时，可以优化底座与桩的外壁的接合。
在一个实施方式中，桩翻转系统包括支撑架约束系统，用于约束所述桩支撑架运动，其中，允许所述支撑架围绕横向于所述支撑架旋转轴线的限定轴线旋转。通过这种方式，可以在更大的区域上支撑底座，而非仅仅通过球面轴承。这样，减少了机械应力。
在桩翻转系统的实施方式中，所述支撑架约束系统在所述球面轴承的两侧上延伸。这样，球面轴承对称地卸下负荷。
在桩翻转系统的实施方式中，所述支撑架约束系统包括与开槽的孔配合的凸轮。
在桩翻转系统的实施方式中，所述框架元件可沿着其纵向轴线延伸。这甚至更多地减少了人员舷外操作的需要。
在一个实施方式中，桩翻转系统包括驱动系统，例如液压缸，驱动系统与所述桩支撑架耦接，用于围绕所述支撑架旋转轴线在所述支撑架上施加角度位置。
本发明还涉及一种船舶，包括根据本发明的桩翻转系统。
在船舶的实施方式中，所述支撑架旋转轴线在舷外延伸，使得所述框架元件可以采取竖直的姿态。这在整个翻转过程中甚至更多地减少了人员舷外操作的需要。
本发明进一步涉及一种用于翻转桩(尤其是单桩)的方法，所述桩用于建立海上风力发电机，所述方法包括：
-可枢转地支撑所述桩，以用于围绕支撑架旋转轴线枢转，
-在舷外使用时，通过缆线系统支撑桩的端部，所述缆线系统包括张紧的或可张紧的缆线，张紧的或可张紧的缆线的舷外端设置有有提升元件，所述提升元件用于在翻转所述桩的期间支撑所述桩的舷外端，
-通过舷外支撑系统支撑所述缆线系统的提升元件，所述舷外支撑系统包括框架元件，所述框架元件用于在使用期间在舷外延伸，
其中，所述舷外支撑系统相对于所述桩支撑架设置，使得所述框架元件相对于所述支撑架旋转轴线横向延伸，用于将所述提升元件设置为与所述底座相距一距离并且与所述底座对准，使得在桩沿着所述底座纵向移动时，桩可以与所述提升元件接合。
本发明还涉及一种装置，该装置包括在说明书中描述的和/或在附图中示出的一个或多个表现特征。
本发明还涉及一种方法，该方法包括在说明书中描述的和/或在附图中示出的一个或多个表现特征。
在本专利中讨论的各个方面可以组合，以便提供额外的优点。
附图说明
参考在附图中示出的优选实施方式，进一步阐明本发明，附图中示出了：
图1是根据本发明的桩翻转系统的立体图；
图2是根据图1的翻转系统的俯视图；
图3是根据图1的翻转系统的侧视图；
图4是根据图1的翻转系统的前视图；以及
图5是根据图1的翻转系统的侧视图，其中，舷外支撑系统采取竖直姿态。
具体实施方式
参考所有图1至图5，进一步阐述本发明，其中，示出了优选的实施方式。
附图示出了用于翻转单桩(monopile)的桩翻转系统1，该单桩用于建立海上风力发电机(offshore wind turbine)。这种单桩(未示出)可以具有数十米的长度和数百吨的重量。
桩翻转系统1包括桩支撑架3，其在翻转期间支撑桩的下端。在翻转桩的过程中，桩的上端由提升装置(未示出)吊起。桩支撑架3可枢转地安装，以使得桩支撑架3能够围绕支撑架旋转轴线2枢转。通过这种方式，桩支撑架3可以使其位置适应于桩的实际姿态，并且与桩一起移动。在此处，桩支撑架3通过本身已知的球面轴承(spherical bearing)可枢转地安装。球面轴承允许桩支撑架3围绕支撑架旋转轴线2旋转并且允许围绕横向于(transverse)支撑架旋转轴线2的轴线旋转。
桩支撑架3设置有底座4，该底座被配置成接合桩的外壁。在翻转期间，底座与桩的外壁接触。在翻转期间，桩支撑架3通过底座4支撑桩。
桩翻转系统1包括缆线系统11(部分显示)，用于在舷外使用时支撑桩的端部。在桩处于其竖直姿态时，缆线系统11逐渐加载。缆线系统11包括两个张紧的或可张紧的缆线6。缆线6具有舷外端12，所述舷外端设置有提升元件7。提升元件7被配置成在翻转桩的过程中支撑桩的舷外端。提升元件7被配置成使得提升元件7具有凹部13，该凹部可以容纳桩壁的一部分，使得可以支撑桩。
桩翻转系统1包括舷外支撑系统5，舷外支撑系统具有框架元件，该框架元件被配置成在使用期间在舷外延伸并且支撑缆线系统11的提升元件7。舷外支撑系统5相对于桩支撑架3设置，使得框架元件8相对于所述支撑架旋转轴线2横向(transverse)延伸。通过这种方式，提升元件7设置为与底座4相距一距离并且与底座4对准，使得在桩沿着底座4纵向移动时，桩可以与提升元件7接合。提升元件7与底座4之间的距离由框架元件8的长度确定。框架元件舷内端9与桩支撑架3耦接，使得框架元件通过桩支撑架3枢转。在这种情况下，框架元件舷外端10支撑提升元件7。在这种情况下，框架元件8与桩支撑架3形成单元，使得框架元件8与桩支撑架3一致地枢转。
桩翻转系统1包括支撑架约束系统14a、14b，用于约束桩支撑架运动，这是因为允许支撑架3围绕横向于(transverse)支撑架旋转轴线2的限定轴线旋转。在这种情况下，支撑架约束系统14a、14b在球面轴承的相对的两侧延伸，以通过对称的方式卸下球面轴承的负荷。更重要的是，通过这种方式允许约束重的桩的运动。
在使用时，桩翻转系统安装在船舶上。支撑架旋转轴线2在舷外并且与船舶的侧边平行地延伸，使得框架元件8可以采取竖直的姿态。液压缸与桩支撑架3耦接，用于围绕支撑架旋转轴线2在支撑架3上施加角度位置。液压缸可以使支撑架3具有竖直的姿态，如图3所示，或者水平的姿态，如图5所示。
在使用桩翻转系统1时，执行以下方法步骤。
将桩放置在桩支撑架的底座4上，以用于围绕支撑架旋转轴线2枢转。通过缆线系统11支撑桩的舷外端，所述缆线系统包括具有舷外端的张紧的或可张紧的缆线6，所述舷外端具有提升元件7，用于在翻转所述桩的过程中支撑桩的舷外端。通过舷外支撑系统5支撑缆线系统11的提升元件7，所述舷外支撑系统包括框架元件8，该框架元件用于在使用期间在舷外延伸。提升元件7设置为与底座4相距一距离并且与底座4对准。桩沿着底座4纵向移动，并且最后，桩与提升元件7接合，并且通过缆线系统11支撑桩的舷外端。
在以上说明和附图被包括之后，显然还示出了本发明的一些实施方式，而非限制保护范围。从本公开开始，对于技术人员，更多的实施方式显而易见，这些实施方式在本发明的保护范围和本质内并且是现有技术和本专利的公开内容的明显组合。

Claims (15)

1.一种桩翻转系统(1)，用于翻转桩，所述桩翻转系统包括：
-能枢转安装的桩支撑架(3)，具有用于接合所述桩的外壁的底座(4)，所述桩支撑架能围绕支撑架旋转轴线(2)枢转，以用于允许所述底座在翻转的过程中支撑所述桩，
-缆线系统，用于在舷外使用时支撑所述桩的端部，所述缆线系统包括一个或多个张紧的或能张紧的缆线(6)，所述一个或多个张紧的或能张紧的缆线的舷外端设置有提升元件(7)，所述提升元件用于在翻转所述桩的过程中支撑所述桩的舷外端，
-舷外支撑系统(5)，包括框架元件(8)，所述框架元件用于在使用期间在舷外延伸并且支撑所述缆线系统的所述提升元件(7)，
其中，所述舷外支撑系统相对于所述桩支撑架设置，使得所述框架元件(8)相对于所述支撑架旋转轴线(2)横向延伸，以用于将所述提升元件设置为与所述底座相距一距离并且与所述底座对准，从而使得在所述桩沿着所述底座纵向移动时，所述桩能够与所述提升元件接合。
2.根据权利要求1所述的桩翻转系统(1)，其中，框架元件舷内端与所述桩支撑架(3)耦接，使得所述框架元件通过所述桩支撑架枢转。
3.根据权利要求2所述的桩翻转系统(1)，其中，所述框架元件与所述桩支撑架(3)形成一单元，使得所述框架元件与所述桩支撑架一致地枢转。
4.根据权利要求3所述的桩翻转系统(1)，其中，所述桩支撑架(3)能通过球面轴承枢转地安装，所述球面轴承允许所述桩支撑架围绕所述支撑架旋转轴线(2)并且围绕横向于所述支撑架旋转轴线的轴线旋转。
5.根据权利要求4所述的桩翻转系统(1)，所述桩翻转系统包括支撑架约束系统，用于约束所述桩支撑架运动，其中，允许所述桩支撑架围绕横向于所述支撑架旋转轴线所限定的轴线旋转。
6.根据权利要求5所述的桩翻转系统(1)，其中，所述支撑架约束系统在所述球面轴承的相对两侧上延伸。
7.根据权利要求5或6所述的桩翻转系统(1)，其中，所述支撑架约束系统包括与开槽的孔配合的凸轮。
8.根据权利要求7所述的桩翻转系统(1)，其中，所述框架元件(8)能沿着其纵向轴线延伸。
9.根据权利要求8所述的桩翻转系统(1)，所述桩翻转系统包括驱动系统，所述驱动系统与所述桩支撑架耦接，用于围绕所述支撑架旋转轴线在所述桩支撑架上施加角度位置。
10.根据权利要求9所述的桩翻转系统(1)，所述驱动系统为液压缸。
11.根据权利要求1所述的桩翻转系统(1)，其中，所述桩为用于建立海上风力发电机的单桩。
12.一种船舶，所述船舶包括根据前述权利要求中任一项所述的桩翻转系统。
13.根据权利要求12所述的船舶，其中，所述支撑架旋转轴线在舷外延伸，使得所述框架元件能够采取竖直的姿态。
14.一种用于翻转桩的方法，所述方法包括：
-能枢转地支撑所述桩，以用于围绕支撑架旋转轴线(2)枢转，
-在舷外使用时，通过缆线系统支撑所述桩的端部，所述缆线系统包括张紧的或能张紧的缆线(6)，所述张紧的或能张紧的缆线的舷外端设置有提升元件(7)，所述提升元件用于在翻转所述桩的过程中支撑所述桩的舷外端，
-通过舷外支撑系统(5)支撑所述缆线系统的所述提升元件(7)，所述舷外支撑系统包括框架元件(8)，所述框架元件用于在使用期间在舷外延伸，
其中，所述舷外支撑系统相对于桩支撑架设置，使得所述框架元件(8)相对于所述支撑架旋转轴线(2)横向延伸，用于将所述提升元件设置为与底座相距一距离并且与所述底座对准，使得在所述桩沿着所述底座纵向移动时，所述桩能够与所述提升元件接合。
15.根据权利要求14所述的用于翻转桩的方法，所述桩是用于建立海上风力发电机的单桩。
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