CN108699795B - 用于引导和支撑基础部件的具有多个导向机构的支架 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在水下地基安装中引导和支撑基础部件（如桩）的框架(5)，所述框架(5)包括多个可在使桩放置于框架(5)内的伸出位置和回缩位置之间移动的导向机构(10)。至少一个导向机构(10)包括滑块(11)、支撑滑块(11)的路径(12)、可转动的连接件及使滑块(11)在伸出位置和回缩位置之间沿路径(12)和连接件(13)移动的驱动器(14)。

Description

用于引导和支撑基础部件的具有多个导向机构的支架
技术领域
本发明涉及一种用于在水下地基安装中引导和支撑基础部件（如桩）的框架，该框架包括多个导向机构，该导向机构可在一使桩放置于框架内的伸出位置和一回缩位置之间移动，本发明还涉及一种安装多个基础部件的方法。
背景技术
有些结构需使用除单桩以外的解决方案。例如，对于风力涡轮机，所需单桩的直径随着安装风力涡轮机的水域的深度而增大。深度超过例如30米的水域所需的单桩尺寸是不现实的，或实际上不可能。在这种情况下，导管架，如所谓的三脚架，则提供了一个可行的替代方案。导管架还可用于其它用途，例如，用于石油和天然气平台和用于支撑水流（潮汐）能源植物。
US4,102,147涉及一种潜水打桩支架和导向装置，该导向装置包括具有垂直可调脚垫16,17的三脚架式框架8、可通过枢轴安装的液压缸19水平定位的下导向圈21、可完全缩回到气缸22中的上导向和夹紧杆23，以及可浸式压载罐18。桩7可以通过适当调整脚垫、下导向圈和杆而垂直或以一角度放置。当下移至设备顶部，杆23缩回其气缸内，并且驱动头26随后在框架的垂直柱9内往复，以完成打桩。
EP2554752涉及一种桩安装框架（30），其包括一个或多个具有一圆柱形壁（2）和一中心线（8）的管状降噪元件（1,31,32,33）。部件（1,31,32,33）沿其长度设有间隔开的定位装置（12,13,14），这些定位装置相对于中心线可径向伸缩，用于使桩（7）沿中心线（8）通过部件（1,31,32,33）居中。当锤子向下进入由圆柱形壁界定的空间时，定位装置回缩。定位装置，例如，包括杆连接件、剪式机构、直线电机等，一侧连接到内壁，并设有液压动力、气动动力或电力以及延伸到水面上方的控制引线。
WO2012/177131公开了一种对中系统，该系统包括杆装置34，被用作第一连接装置以固定连接对中系统11和管5。接触轮35被用作第二连接装置以与桩2接合，用于将桩对中在中心轴线13处。桩2能够相对于轮35滑动。轮35的工作表面32与桩2的外圆周33接合。这里，驱动装置28a与管5和杆装置34连接，用于在桩2的圆周处施加朝向桩的位于中心轴线13处的对中位置的对中力。驱动装置28a通过杆装置34和轮35施加对中力。驱动装置28a与桩2可铰接地连接。驱动装置28a以可滑动的方式与杆装置34连接。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于引导和支撑基础部件的包括一个或多个改进的导向机构的框架。
为此，根据本发明的框架的特征在于：至少一个所述导向机构包括滑块(如滑靴)、支撑滑块的路径(如导向面或一个或多个梁或轨道)、用于将载荷从基础部件传送到框架的可转动的连接机构，优选的，所述连接件可转动地连接于所述滑块、及驱动器，所述驱动器使滑块和连接件在伸出位置和回缩位置之间沿所述路径移动。在一实施例中，驱动器是一线性驱动器，优选是液压缸。
根据本发明的导向机构具有相对较大的行程使得框架能够用于引导和支撑具有相对较大直径的桩。进一步地，导向机构允许结构紧凑和/或通过连接件和滑靴将荷载从基础部件传送到框架，线性驱动器上具有的载荷有限或无荷载。
为了进一步使导向机构结构紧凑，在一实施例中，线性驱动器平行于框架的假想中轴延伸，如果框架包括导向套筒，则该框架的假想中轴通常与套筒的假象中轴重合，并且在安装基础部件时，与该部件的假想中轴重合。
在一实施例中，线性驱动器的行程至少为0.5米，优选的，至少为0.7米。在另一实施例中，该连接件可替换为不同长度的连接件。在一改进中，连接件的长度范围为0.2至0.8米。这些实施例允许桩径范围进一步增大，例如，达到1.8至3米或更宽的范围。
在另一实施例中，为了增强载荷通过连接件从基础部件到框架的直接转移，在导向机构的伸出位置上，该连接结构至少在大体上径向延伸和/或至少大体上垂直于框架的假想中轴。在一改进中，连接件在自框架假想中轴的半径范围的5°以内及以框架假想中轴的80°到100°的范围内的角度延伸。
为了进一步增强导向机构的坚固性，在一实施例中，至少一个导向机构包括界定所述伸出位置的限位件，例如，作为对滑块的限位件。
在另一实施例中，至少一个导向机构包括可转动地连接到（第一）连接件的第二连接件。优选的，第二连接件的一端可转动地连接到(第一)连接件的末端，而第二连接件的另一端可转动地连接到框架，优选的，靠近驱动器。第二连接件为（第一）连接件提供了在伸出位置和回缩位置之间的确定的和安全的路线。
为了改进导向，特别是在套筒中的基础部件和驱动基础部件下降时，优选的，导向机构位于至少接近套筒底部且位于其上半部。在一实施例中，框架包括两组导向机构，例如在每组中有三到十个机构，优选的，至少包括在上半部分的如接近套筒顶部且位于其上半部分的第一组，以及在下半部分的如接近套筒底部且位于其上半部分的第二组。
在另一个实施例中，为了可靠地引导和支持所述（第一）连接件，所述第二连接件的一端可转动地连接到所述（第一）连接件的末端，并且所述第二连接件的另一端可转动地连接到所述框架，优选的，靠近所述驱动器。
在另一实施例中，框架包括管状套筒，滑块和线性驱动器设置于套筒外部。因此，在框架中基础部件的初始放置过程中，与导向机构接触的风险可降低或避免，并且可在框架外到达所述机构，例如在（一个）驱动器发生故障的情况下。
为了减少对周围水的噪声输入，套筒是隔声套筒，所述套筒降低基础部件在安装时的噪声输入，特别是打桩时，对于频率低于1000Hz的噪声，至少减少10分贝，优选的，至少减少15分贝。一般而言，优选的，所有减噪的措施，与无套筒的打桩相比，打桩时对于频率低于1000Hz的噪声输入总减量至少是10分贝，至少是15分贝。
本发明还涉及用于安装多个基础部件（特别是桩）的模板（template），包括多个如上所述的用于引导和支持基础部件的框架。
本发明还涉及一种调节用于水下地基安装的引导和支撑基础部件(如，桩)的框架的方法，该框架包括多个可在一使桩放置于框架内的伸出位置和一回缩位置之间移动的导向机构。具有至少一个所述导向机构包括滑块、支撑滑块的路径、可转动地连接于滑块的连接件、及使滑块在伸出位置和回缩位置之间沿连接件和所述路径移动的驱动器。在一实施例中，驱动器是一线性驱动器，优选是，液压缸。所述方法包括以下步骤：选择基础部件，计算适合所选基础部件直径的连接件的长度，如果需要的话，移除现有连接件，将连接件放置在导向机构中，例如，用不同长度的连接件替换现有连接件并调整到基础部件。所述方法使框架能够适应更大范围内的形状和直径的基础部件，并使其更容易，在导向机构的伸出位置上，连接件至少大体上垂直于框架的假象中轴延伸，优选的，与框架的假象中轴之间以80°至100°之间的一定角度延伸。
考虑到完整性，请注意以下的现有技术。
EP2492402A1涉及一种定位框架(1)，多个相互连接的导管(2a,2b,2c)被设置成几何图案，适合于接收和引导被沉入水底的桩，其中，所述导管包括一机构(25a,25b,25c)，其中导管(2a,2b,2c)的至少内壁部分在导管径向上可从桩的径向内支撑位置被替换到径向更外的位置，内壁部分大体上释放所述桩(13a,13b,13c)。
US4,537,533公开了一种模板（template），所述模板（template）包括多个间隔分开的套筒和液压驱动滑动装置，所述装置与每一所述套筒关联用于夹紧设置在所述套筒中的桩。
W02015/187015公开了一种导向装置，所述导向装置包括至少一个用于相对于屏幕引导基础部件的可延伸部件。
附图说明
现在将结合附图对本发明进行更加详细的说明，附图示出了根据本发明的桩导向框架的优选实施例。
图1和2是根据本发明的分别包括三个、四个导向框架的模板（template）的透视图。
图3是根据本发明的导向框架的透视图，包括可伸缩的导向机构。
图4A至图4D是图3所示导向框架的截面。
图5A到图5C是具有平行四边形结构的导向机构的导向框架的截面。
需要注意的是，附图实际上是示意性的，对于理解本发明不是必要的细节可以忽略。
具体实施方式
图1和图2示出了模板（template）1，所述模板（template）1包括通过梁或桁架3固定成几何图案的多个导向框架2。导向框架的中心线的图案对应于如用于安装风力涡轮机的导管架基础部件的图案。在这些实施例中，导向框架三角形排列(图1)和正方形排列(图2)。模板（template）配置有传感器(未示出)以确定模板（template）是水平的还是倾斜的。
图3和图4A详细地示出每一个导向框架，所述导向框架包括套筒5，所述套筒由例如钢制成，用于在打桩过程中环绕桩。所述套筒具有圆形截面，可以是双层，并且具有3米的内直径。所述套筒的顶端设有当桩被引入套筒中时使桩对中的机构，例如开口锥体或喇叭状体6。
为了减少或基本避免模板（template）在其自重作用下过度进入到海床中，并为了将套筒调整到足够垂直的位置及将模板（template）调整到足够水平的位置，套筒的底端设置有所谓的防沉板7或设置有与多个液压缸8协作的脚垫，所述液压缸在防沉板和套筒的外壁之间延伸。
每个套筒包括两套导向机构10，在本实例中，每套有八个机构，第一套靠近套筒顶部，第二套靠近套筒底部。如图4B至图4D所示，每个机构包括滑块11、支撑滑块的路径12、可转动地连接到滑块的第一连接件（如滑靴13）和具有行程如900mm的可将滑块沿路径和连接件在伸出位置和回缩位置移动而将桩固定于框架内的液压缸14。第二连接件15可转动地连接到第一连接件的末端，第二连接件的另一端可转动地连接到框架，优选的，接近液压缸14。
液压缸14设置并固定在套筒5的外壁上，并平行延伸到套筒的假想中轴A（附图中垂直）。滑块11的路径，在本实施例中是导槽12，也连接（如焊接）在套筒的外壁上。滑块，液压缸的一部分，以及第一和第二连接件都设置在滑槽的内侧。套筒壁设置有开孔16，以使第一和第二连接件13，15能进入套筒内部。进一步，每个导向机构都包括限位件17以界定伸出位置。
图4B到图4D示出了机构如何从回缩位置移动到伸出位置。在回缩位置（图4B），液压缸14和第一和第二连接件13、15均是垂直的。当液压缸向上移动滑块（图4C）时，第一和第二连接件向套筒5的中心倾斜，即向套筒中的桩倾斜。当滑块与限位件(图4D)相接时，机构处于伸出位置，第一连接件径向延伸并大体上垂直于套筒的假想中轴A，并且第一连接件13的末端与套筒中的桩相接(未示出)。
引导和支撑桩的一个实施例包括以下步骤：计算适合于桩径的（第一）连接件的长度，如需要，将已经存在的连接件替换为具有计算出来长度的连接件，将框架（独立的或作为模板（template）的一部分）降低到海床，并通过防沉板调整到精确的垂直位置。将桩降至框架内，将导向机构伸长以引导桩，允许桩在其自重作用下沉入海床，通过驱动器套筒将打桩机构放置于桩顶端，将该桩打入海床。当驱动器套筒到达第一组导向机构处时，这些机构被回缩以使驱动器套筒能够通过。当（且如果）套筒到达第二组导向机构时，这些导向机构回缩。
导向机构设计紧凑，并适用的桩径范围宽。进一步地，减少或避免液压系统上的负载。
本发明不限于上述实施例，并且可以在权利要求范围内以多种方式变化。例如，图5A至5C示出了一个实施例，所述实施例包括两个（第一）连接件13以及滑块11和用于桩的平行四边形导向部件20。因此，滑块的表面积及与桩的接触面积就增加了。在另一种变化的实施例中，滑块是液压缸（驱动器）的壳体中的一部分或形成在其中，并且其中一个连接件可转动地连接到壳体。在另一该变化的改进中，第一连接件可转动地在框架上，气缸杆固定在框架上，例如在第一连接件处或接近第一连接件，第二连接件可转动地连接到第一连接件和液压缸壳体。因此，通过沿着一支撑件滑动壳体，例如轨道或其他路经，第一连接件可以在伸出位置和回缩位置之间移动。

Claims (18)

1.一种用于在水下地基安装中引导和支撑基础部件的框架(5)，所述框架(5)包括多个可在伸出位置和回缩位置之间移动的导向机构(10)，所述导向机构(10)在伸出位置时和放置于框架(5)内的基础部件相接，其特征在于，至少一个导向机构(10)包括滑块(11)、支撑滑块(11)的路径(12)、可转动地连接于所述滑块(11)的第一连接件(13)、一端部可转动地连接到所述第一连接件(13)的末端的第二连接件(15)、及使所述滑块(11)在延伸和回缩位置之间沿所述路径(12)和所述第一连接件(13)移动的驱动器(14)，所述第二连接件(15)的另一端部可转动地连接于所述框架(5)。
2.根据权利要求1所述的框架(5)，其中所述驱动器是线性驱动器。
3.根据权利要求2所述的框架(5)，其中所述驱动器是液压缸。
4.根据权利要求1或2所述的框架(5)，其中所述驱动器(14)平行于框架(5)的假想中轴(A)延伸。
5.根据权利要求4所述的框架（5），其中所述驱动器（14）的行程至少为0.5米。
6.根据权利要求5所述的框架（5），其中所述驱动器（14）的行程至少为0.7米。
7.根据权利要求1所述的框架(5)，其中所述第一连接件(13)可替换为不同长度的连接件。
8.根据权利要求1所述的框架(5)，其中，在所述导向机构(10)的伸出位置上，第一连接件(13)至少大体上径向延伸和/或至少大体上垂直于所述框架(5)的假想中轴(A)。
9.根据权利要求1所述的框架(5)，其中至少一个所述导向机构(10)包括界定所述伸出位置的限位件。
10.根据权利要求1所述的框架(5)，其中，所述第二连接件(15)的另一端靠近所述驱动器(14)。
11.根据权利要求1所述的框架(5)，其中所述第一连接件(13)的所述末端设置有车轮或滑垫。
12.根据权利要求1所述的框架(5)，包括两组导向机构(10)。
13.根据权利要求12所述的框架(5)，包括至少在框架(5)上半部分的第一组导向机构(10)以及至少在框架(5)下半部分的第二组导向机构(10)。
14.根据权利要求1所述的框架(5)，包括管状的套筒，并且所述滑块(11)和驱动器(14)位于所述套筒的外部。
15.根据权利要求14所述的框架（5），其中所述套筒是降低基础部件的安装时输入的噪声的隔声套，对于频率低于1000Hz的噪声，至少减少10分贝。
16.根据权利要求15所述的框架（5），其中所述套筒是降低基础部件的安装时输入的噪声的隔声套，对于频率低于1000Hz的噪声，至少减少15分贝。
17.根据权利要求15所述的框架（5），其中所述套筒是降低打基础部件时输入的噪声的隔声套，对于频率低于1000Hz的噪声，至少减少10分贝。
18.一种调节用于水下地基安装的引导和支撑基础部件的框架(5)的方法，所述框架(5)包括多个可在伸出位置和回缩位置之间移动的导向机构(10)，所述导向机构(10)在伸出位置时和放置于框架(5)内的基础部件相接，至少一个导向机构(10)包括滑块(11)、支撑滑块(11)的路径(12)、可转动地连接于所述滑块(11)的第一连接件(13)、一端部可转动地连接到所述第一连接件(13)的末端的第二连接件(15)及使所述滑块(11)在延伸和回缩位置之间沿所述路径(12)和所述第一连接件(13)移动的驱动器(14)，所述第二连接件(15)的另一端部可转动地连接于所述框架(5)，所述方法包括以下步骤：选择基础部件，计算适合所选基础部件直径的所述第一连接件(13)的长度，将所述第一连接件(13)放置在所述导向机构(10)中。
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