CN110325776A - 安装适于支撑海上风力涡轮机的桩柱的方法、波浪引起的运动补偿桩柱保持系统、船和桩柱保持装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于安装适于支撑海上风力涡轮机的桩柱的方法，其中桩柱被水平运输，定位在桩柱保持装置中，在被桩柱保持装置保持的同时旋转到竖直取向，并且随后在由桩柱保持装置保持时下降到水中，其中安装船处于浮动状态，并且其中为波浪引起的船的运动而对桩柱保持装置进行补偿，以独立于波浪引起的船的运动来保持预定的X‑Y位置。本发明还涉及一种桩柱保持系统、一种桩柱保持装置和一种包括桩柱保持系统的船。

Description

安装适于支撑海上风力涡轮机的桩柱的方法、波浪引起的运 动补偿桩柱保持系统、船和桩柱保持装置

技术领域

本发明涉及一种用于安装适于支撑海上风力涡轮机的桩柱的方法。本发明还涉及一种波浪引起的运动补偿桩柱保持系统、一种包括这种桩柱保持系统的船以及一种桩柱保持装置。

背景技术

在用于安装海上风力涡轮机的已知方法中，首先通过将桩柱打入海底来安装桩柱形式的基座，之后通过在桩柱上一次性整体地安装风力涡轮机或者通过将风力涡轮机部分地组装在桩柱上来安装风力涡轮机。

存在向更大的风力涡轮机发展的趋势，并且希望在比当前遇到的更深的水深位置处安装海上风力涡轮机。这两者都会导致基座更大更重。因此，预计在不久的将来需要安装大于100米，可能120米或更大的桩柱。这种桩柱的重量可能大于1000吨，有可能是1300吨或更高。

目前使用自升式船进行桩柱的安装，其中支腿下降到水中以至少部分地将船从水中提升，使得波浪对船具有有限的或最小的影响。然而，这种自升式船的缺点是需要花费大量时间来下降支腿并将船从水中提升，并且在安装桩柱之后经历相反的过程。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种更快的方法来安装适于支撑海上风力涡轮机的桩柱。

该目的是通过一种用于安装适于支撑海上风力涡轮机的桩柱的方法来实现的，该方法包括以下步骤：

a.将水平取向的桩柱运送到海上安装地点；

b.将桩柱定位在安装船上的桩柱保持装置中，同时处于平行于船的纵向轴线的水平取向，其中桩柱保持装置在桩柱下侧与桩柱的外周接合以保持桩柱，从而限制所述桩柱的下侧在垂直于所述桩柱的纵向轴线的方向上的移动，并且其中所述桩柱保持装置与所述桩柱的下端接合，以便限制所述桩柱在平行于所述桩柱的纵向轴线的方向上的移动；

c.将桩柱的上端部分与桩柱保持装置的下侧一起提升，从而使桩柱围绕垂直于船的纵向轴线的基本水平的旋转轴线从水平取向旋转到竖直取向，其中在桩柱从水平取向旋转到竖直取向之后，从上方看桩柱位于船的轮廓之外，以下降到水中；

d.将桩柱保持装置从桩柱的下端脱离结合；以及

e.在由桩柱保持装置保持的同时将桩柱下降到水中，

其中，在步骤b到e的过程中，船处于浮动状态，

并且其中在步骤e的过程中,对桩柱保持装置进行补偿用于波浪引起的船的运动，以独立于波浪引起的船的运动来保持预定的X-Y位置。

本发明基于以下见解：在将船保持处于浮动状态的同时安装桩柱，从而不需要下降支腿，这将使该安装方法的速度大大增加。这种见解并不明显，这是因为它引入了波浪引起的船的运动问题。通过在桩柱的下降过程中，为波浪引起的船的运动而对桩柱保持装置进行补偿以独立于波浪引起的船的运动来保持预定的X-Y位置，来部分地解决该问题。然而，本发明人进一步认识到，在将桩柱下降到水中之前操纵桩柱以及在面临船的运动时将桩柱引入桩柱保持装置中所引起的船的运动可能造成进一步的问题。因此，该方法还允许竖立桩柱，其中桩柱已经定位在桩柱保持装置中，并且桩柱最初平行于船的纵向轴线定向。当之后在桩柱围绕垂直于船的纵向轴线的旋转轴线竖立时，例如在船的船尾上方时，桩柱的重量偏移对船的运动的影响是最小的。

在一个实施方案中，安装船还执行该方法的步骤a，即将水平取向的桩柱运输到海上安装地点。然而，桩柱也可以通过单独的船或驳船运输。

在一个实施方案中，由安装船上的起重机执行步骤b(将桩柱定位在桩柱保持装置中)和/或步骤c(提升桩柱的上端部分)。

在一个实施方案中，所述桩柱保持装置安装在船上，以相对于所述船围绕水平旋转轴线在用以接收水平取向的接收位置与下降位置之间旋转，在所述下降位置上桩柱被下降到水中同时处于基本竖直的取向，其中在步骤b中，桩柱保持装置处于接收位置，并且其中在步骤c中，桩柱保持装置随着桩柱一起移动到下降位置。

在一个实施方案中，所述桩柱保持装置包括桩柱支撑件，以与桩柱的下端接合，从而限制桩柱在平行于桩柱的纵向轴线的方向上的移动，其中步骤d将桩柱保持装置从桩柱的下端脱离结合，该步骤d包括以下步骤：

d1.从桩柱支撑件中提升桩柱；以及

d2.在垂直于桩柱的纵向轴线的方向上将桩柱支撑件移出。

在一个实施方案中，所述桩柱保持装置包括桩柱支撑件，以与桩柱的下端接合，从而限制桩柱在平行于桩柱的纵向轴线的方向上的移动，其中步骤d将桩柱保持装置从桩柱的下端脱离结合，该步骤d包括以下步骤：

d1.使桩柱支撑件在平行于桩柱的纵向轴线的方向上远离桩柱移动；以及

d2.在垂直于桩柱的纵向轴线的方向上将桩柱支撑件移出。

在一个实施方案中，步骤e通过由所述桩柱保持装置保持而将所述桩柱下降到水中，该步骤e包括以下步骤：

e1.下降桩柱直到桩柱到达海底并且由于重力的被动下降停止；

e2.通过向桩柱的上端部分施加向下的指向力，而主动地将桩柱打入海底。

优选地，由安装船上的起重机执行步骤e1，其中更优选地在步骤e1中至少一部分例如最后部分的下降过程中，为波浪引起的船的运动而对桩柱的上端部分进行补偿，以独立于波浪引起的船的运动来保持预定的X-Y位置。

优选地，并且其中在步骤e1中至少一部分的下降过程中，为波浪引起的船的运动而对桩柱进行补偿，以独立于波浪引起的船的运动来保持预定的Z位置。这可替代地称为升沉补偿。

在一个实施方案中，安装船上的起重机设置在安装船的船尾并与安装船的重心对齐，并且其中桩柱保持装置设置在靠近起重机的安装船的船尾处。

在一个实施方案中，在步骤c中，提升桩柱的上端部分，从而使桩柱从水平取向旋转到竖直取向，防止桩柱的质心在竖直取向之后继续转动一定程度，从而在其上端部分水平地远离船定向时向前倾斜。

本发明还涉及一种波浪引起的运动补偿桩柱保持系统，其安装在船上，例如用于安装适于支撑海上风力涡轮机的桩柱，包括：

-基部框架，其安装在船上；

-支撑框架，其设置在基部框架上方一定距离处；

-支撑系统，其用于从基部框架可移动地支撑所述支撑框架；

-主动运动补偿致动系统，其用于使支撑框架相对于基部框架移动；

-控制单元；以及

-桩柱保持装置，其安装在支撑框架上，

其中所述支撑系统包括在所述基部框架与所述支撑框架之间延伸的至少三个竖直梁，其中这些梁的长度相等，其中每个梁的一个端部相对于基座结构围绕两个正交铰链轴线铰接地连接至铰链，并且其中每个梁的相对的端部相对于可移动结构围绕两个正交铰链轴线铰接地连接至铰链，使得支撑框架能够在两个正交的水平方向上平行于基部框架移动，

其中致动系统包括：第一致动器，其用于移动支撑框架，使得梁的端部围绕两个铰链轴线中的一个铰接；以及第二致动器，其用于移动可移动结构，使得梁的端部围绕两个铰链轴线中的另一个铰接，

其中所述桩柱保持装置包括多个辊子以与桩柱接合从而保持所述桩柱，并允许所述桩柱在平行于所述桩柱的纵向轴线的方向上相对于所述桩柱保持装置移动，

并且其中控制单元提供有波浪引起的运动主动补偿模式，其中操作所述致动系统以独立于波浪引起的船的运动而保持桩柱保持装置的预定X-Y位置。

根据本发明的桩柱保持系统的优点在于，支撑系统构造成使得在支撑框架相对于基部框架的X-Y移动的过程中，梁相对于支撑框架和基部框架旋转并且没有滑动或拖行运动存在。结果，支撑框架可以相对快速地移动，这是因为允许波浪引起的运动补偿，同时磨损和发热受到限制。

在一个实施方案中，所述桩柱保持装置能够在水平取向与竖直取向之间相对于所述支撑框架围绕基本水平的旋转轴线旋转，在水平取向上所述桩柱保持装置能够以基本竖直的取向保持桩柱。竖直取向可以用于将所述桩柱保持装置缩回，例如使得桩柱保持装置不延伸或最小程度地延伸超过船的轮廓。然而，竖直取向也可用于在基本水平的取向上保持桩柱。桩柱保持装置的水平取向对应于上面关于根据本发明的方法所描述的下降取向，并且桩柱保持装置的竖直取向对应于上面关于根据本发明的方法描述的接收取向。

在一个实施方案中，支撑系统包括在基部框架与支撑框架之间延伸的四个竖直梁。

在一个实施方案中，第一致动器和/或第二致动器配置成在竖直梁之间施加力。优选地，第一和/或第二致动器包括一个、两个或更多个液压缸。

在一个实施方案中，桩柱保持装置包括：

-基座结构；

-两个臂，其设置在基座结构的两端；

-每个臂的单独的夹爪；以及

-驱动机构，

其中所述基座结构安装在支撑框架上，

其中所述臂围绕相应的臂枢转轴线可枢转地安装至基座结构，

其中夹爪围绕相应的夹爪枢转轴线可枢转地安装至相应的臂，

其中夹爪设置有两个不同的桩柱接合部分，所述桩柱接合部分包括辊子，

并且其中所述驱动机构能够在两个臂上操作，以使臂围绕臂枢转轴线在用于接收桩柱的打开位置与闭合位置之间移动，在闭合位置夹爪的桩柱接合部分能够与桩柱接合。

在一个实施方案中，所述基座结构可旋转地安装在所述支撑框架上，以允许所述桩柱保持装置围绕基本水平的旋转轴线旋转。

在一个实施方案中，桩柱保持装置包括一个或多个致动器，例如一个或多个液压缸，例如两个液压缸，它们设置在支撑框架与基座结构之间，以使基座结构(即，桩柱保持装置)在竖直取向与水平取向之间移动。其结果是，桩柱保持装置可以在不使用时缩回和/或桩柱保持装置可以用于竖立桩柱。

在一个实施方案中，该系统配备有倾倒防止系统，以在使用桩柱保持系统将桩柱从水平取向旋转到竖直取向时，防止桩柱呈现这样的取向：桩柱的质心相对于其竖直取向前移动，也就是说，在该取向上桩柱相对于其竖直取向向前倾倒，其上端部分水平地远离船定向。这可以例如通过使用一个或多个致动器(例如液压缸)来完成，所述致动器适于在该方向上对桩柱保持装置和保持在其中的桩柱的移动制动。优选地，为此目的，使用一个或多个致动器，例如液压缸，其设置用于在竖直与水平取向之间移动基座结构(即桩柱保持装置)。可替代地，可以使用绳索，该绳索适于在该方向上对桩柱保持装置和保持在其中的桩柱的移动制动。

本发明还涉及一种包括根据本发明的桩柱保持系统的船，其中桩柱保持系统的基部框架安装在船上。

在一个实施方案中，所述桩柱保持系统设置在所述船的船尾处，以从上方看在所述船的船尾侧将桩柱保持在所述船的轮廓之外。

在一个实施方案中，所述船进一步包括用于操纵桩柱的起重机，其中所述起重机设置在所述船的船尾处，与所述船的重心对齐。

在一个实施方案中，所述桩柱保持系统设置在所述起重机旁边。

在一个实施方案中，所述船进一步包括储存位置，其位于所述船的船尾处并与起重机的所述桩柱保持系统所在的一侧相对的一侧，所述储存位置允许存放打桩机构以驱动桩柱进入海底。

在一个实施方案中，所述船包括甲板空间，用于在平行于所述船的纵向轴线的水平取向上储存桩柱。

在一个实施方案中，船适合于实施根据本发明的方法。

本发明还涉及一种用于保持桩柱的桩柱保持装置，其包括：

-基座结构；

-两个臂，其设置在基座结构的相对的端部；

-每个臂的单独的夹爪；以及

-驱动机构，

其中所述臂围绕相应的臂枢轴可枢转地安装至基座结构，

其中夹爪围绕相应的夹爪枢转轴线可枢转地安装至相应的臂，

其中夹爪设置有两个不同的桩柱接合部分，所述桩柱接合部分包括辊子，

并且其中所述驱动机构能够在两个臂上操作，以使臂围绕臂枢转轴线在用于接收桩柱的打开位置与闭合位置之间移动，在闭合位置上夹爪的桩柱接合部分能够与桩柱接合。

在一个实施方案中，为每个夹爪提供运动连杆，所述运动连杆构造成在相应臂的移动的过程中以及由于相应臂的移动而引起所述夹爪的移动。

在一个实施方案中，每个运动连杆包括铰接地连接到所述夹爪和所述基座结构的梁。

在一个实施方案中，所述臂具有叉形形状，并且其中夹爪可枢转地安装在相应的叉状臂之间。

在一个实施方案中，所述桩柱保持装置构造成使得最靠近所述基座结构的所述桩柱接合部分能够在处于臂的打开位置上时容纳在相应的叉状臂中。

在一个实施方案中，桩柱接合部分包括一组辊子，例如每个桩柱接合部分有两个或更多个辊子。

桩柱接合部分的辊子是可旋转的，以允许由桩柱保持装置保持的桩柱在平行于桩柱的纵向轴线的方向上相对于桩柱保持装置移动。

在一个实施方案中，桩柱接合部分作为整体可围绕枢转轴线枢转，该枢转轴线在平行于由桩柱保持装置保持的桩柱的纵向轴线的方向上延伸，以允许桩柱接合部分自身适应桩柱的外轮廓，这使得更容易操纵不同直径的桩柱。

本发明还涉及一种桩柱保持装置，其包括：

-基座结构，例如适于安装到如本文所述的支撑框架，例如可枢转地安装到支撑框架，以相对于支撑框架围绕基座枢转轴线在基本竖直取向与基本水平取向之间枢转，

-环形结构，其构造成围绕用于由桩柱保持装置操纵的桩柱的通道延伸，所述环形结构由形成环形结构的一部分的基部框架或基部框架结构支撑，

其中，所述环形结构包括两个半圆形夹爪，每个半圆形夹爪在其内端可枢转地连接，并且围绕枢转轴线在闭合位置与打开位置之间枢转，在闭合位置上所述夹爪的外端结合接起来，

其中，环形结构设置有圆形支撑轨道结构，其承载多个桩柱接合装置，例如具有桩柱引导辊子，例如四个或更多个，这里是六个这样的装置，

其中，优选地，桩柱接合装置的一个或多个(例如全部)可沿着圆形支撑轨道结构移动，至少在该圆形的圆弧段上移动，以便允许适应所述桩柱接合装置相对于桩柱的通道的角位置。

在一个实施方案中，每个桩柱接合装置以可移动的方式承载一个或多个(这里是一对两个)桩柱引导辊子，允许调节辊子相对于桩柱的通道的径向位置。例如，每个桩柱接合装置包括悬臂，悬臂围绕水平轴线，这里优选地从臂的顶端，相对于支撑在轨道结构上的装置的底盘枢转。

在一个实施方案中，悬臂致动器(这里是液压缸)设置在底盘与臂之间，以调节辊子的径向位置。

在一个实施方案中，每个底盘设置有机动驱动器，该机动驱动器适于沿着圆形轨道结构(可能是其一部分)移动底盘，以便调节所述装置的角位置。

对于本领域技术人员显而易见的是，关于一个装置、系统、船或方法描述的特征和实施方案也可以应在适用的情况下用于其他描述的装置、系统、船或方法。例如，根据本发明的对于桩柱保持装置描述的特征和实施方案也可以应用于方法、船和桩柱保持系统，这是由于这些方法、船和系统也包括桩柱保持装置。

附图说明

现在将参照附图以非限制性方式描述本发明，其中相同的部件用相同的附图标记表示，并且其中：

图1示意性地描绘了根据本发明的一个实施方案的波浪引起的运动补偿桩柱保持系统的立体前视图，其中桩柱保持装置的臂处于打开位置；

图2描绘了图1的桩柱保持系统在桩柱保持装置的基本水平取向上的侧视图；

图3描绘了图1的桩柱保持系统在桩柱保持装置的基本竖直取向上的侧视图；

图4描绘了图1的桩柱保持系统在桩柱保持装置的臂处于闭合位置的立体后视图；

图5描绘了图1的桩柱保持系统在桩柱保持装置的臂处于闭合位置(对应于具有第一直径的桩柱)的立体前视图；

图6描绘了图1的桩柱保持系统在桩柱保持装置的臂处于闭合位置(对应于具有第二直径的桩柱)的立体前视图；

图7描绘了图1的桩柱保持系统在桩柱保持装置的臂处于打开位置的俯视图；

图8描绘了根据本发明的另一个实施方案的波浪引起的运动补偿桩柱保持系统的立体前视图；

图9至图12描绘了图8的桩柱保持系统在桩柱保持装置相对于基部框架处于四个不同位置时的立体前视图；

图13描绘了在桩柱的竖立的过程中配备有图1的桩柱保持系统的船；

图14描绘了图13的船，其中桩柱处于基本竖直取向；

图15描绘了根据本发明的桩柱保持系统的另一个实施方案。

具体实施方式

图1至图7描绘了根据本发明实施方案的桩柱保持系统1。桩柱保持系统包括安装在如图13和图14所示的船上的基部框架10。

在一个实施方案中，基部框架10集成在船的甲板中或与船的甲板结合。在另一个实施方案中，基部框架可以相对于甲板是可移动的，例如可滑动或可滑动的，使得桩柱保持系统例如可以在缩回位置与操作位置之间移动，在缩回位置上，从上方看桩柱保持系统设置在船的轮廓之内，在操作位置上，从上方看桩柱保持系统至少部分地设置在船的轮廓之外。

桩柱保持系统1进一步包括支撑框架20，支撑框架20由支撑系统可移动地支撑在距基部框架10一定距离处。在该实施方案中，支撑系统包括四个竖直梁31、32、33、34，它们的长度相等并且在基部框架10与支撑框架20之间延伸。在图1至图7中，梁31、32、33、34主要在Z方向上延伸。

每个梁31、32、33、34的一个端部连接到基部框架10，并且相应的相对的端部连接到支撑框架20。梁31、32、33、34的端部利用万向接头连接到相应的基部框架10和支撑框架20，所述万向接头具有一对靠近在一起的铰链，彼此成90度定向，并且通过中间构件连接。万向接头可替代地称为万向节。

因此，每个梁能够围绕第一铰链轴线、第二铰链轴线、第三铰链轴线和第四铰链轴线铰接，第一铰链轴线相对于基部框架在X方向上延伸，第二铰链轴线相对于基部框架在Y方向上延伸，第三铰链轴线相对于支撑框架在X方向上延伸，第四铰链轴线相对于支撑框架在Y方向上延伸。为简单起见，下表显示了附图中使用的附图标记。

表1：铰链轴线的附图标记

因此，第一铰链轴线与第二铰链轴线正交并且平行于第三铰链轴线。第四铰链轴线与第三铰链轴线正交并且平行于第二铰链轴线。结果，支撑框架20能够在X方向和Y方向上(即在X-Y平面中)平行于基部框架10移动。

为了在X-Y平面中相对于基部框架10移动所述支撑框架20，设置了主动运动补偿致动系统。在该实施方案中，致动系统包括两个第一致动器，在这种情况下是两个第一液压缸41，以通过使梁围绕它们各自的第一铰链轴线和第三铰链轴线枢转而使支撑框架20相对于基部框架10在Y方向上移动。致动系统进一步包括两个第二致动器，在这种情况下是两个第二液压缸42，以通过使梁围绕其相对的第二枢转轴线和第四枢转轴线枢转而使支撑框架20相对于基部框架10在X方向上移动。

在所示实施方案中，第一致动器41设置在基部框架10与支撑框架20之间，使得第一致动器41也利用类似于梁的万向接头而连接到相应的基部框架10和支撑框架20，这样，支撑框架可以相对于基部框架移动而不会受到第一致动器的干扰。然后，通过第一致动器41的长度来设定支撑框架20相对于基部框架10在Y方向上的位置。

在所示实施方案中，第二致动器42中的一个设置在梁31和34之间，并且第二致动器42中的另一个设置在梁32和33之间。其优点在于，第二致动器仅需要围绕铰链轴线(其平行于梁的第二铰链轴线和第四铰链轴线)铰接地连接到梁。然后，通过第二致动器42的长度来设定支撑框架20相对于基部框架10在X方向上的位置。

如图2至图4所示，支撑框架20可以设置有平台21，该平台21允许人员在支撑框架20上行走。平台21可以通过结构22进入，该结构22包括在甲板水平高度与平台21水平高度之间的楼梯或梯子22a以及在楼梯或梯子22a与平台21之间的通道22b。在该实施方案中，通道22b悬置在平台21的正上方而不固定到平台21，使得平台21可以与支撑框架20一起在X-Y平面内的通道下方自由移动。

系统1进一步包括安装在支撑框架20上的桩柱保持装置50，该桩柱保持装置50构造成与桩柱接合以便保持桩柱并允许桩柱相对于桩柱保持装置50在平行于桩柱的纵向轴线的方向上移动，如下面将更详细地说明的那样。

桩柱保持装置50包括安装到支撑框架20的基座结构51。在该实施方案中，基座结构51可枢转地安装到支撑框架20，以相对于支撑框架20围绕基座枢转轴线52在如图3所示的基本竖直取向与如图1、图2、图4至图7所示的基本水平取向之间枢转。

桩柱保持装置50包括两个致动器，在这种情况下是两个液压缸61、62，它们设置在支撑框架20与基座结构51之间，以使基座结构51(即桩柱保持装置50)在竖直取向与水平取向之间移动。其结果是，桩柱保持装置可以在不使用时缩回和/或桩柱保持装置可以用于竖立桩柱，这将在后面更详细地说明。

在一个实施方案中，当使用桩柱保持系统将桩柱从水平取向旋转到竖直取向时，缸体61和62适于制动桩柱保持装置和保持在该桩柱保持装置中的桩柱的倾倒运动。这种倾倒运动为：从桩柱的竖直取向开始，桩柱的质心向前移动，远离船，也就是说，其中桩柱倾倒，其上端部分远离船水平地移动。

在基座结构51的每个端部处，设置相应的臂53、54。臂53、54可枢转地安装到基座结构51，以相对于基座结构51围绕相应的臂枢转轴线55、56在如图1、图3和图7所示的打开位置与如图2和图4至图6所示的一个或多个闭合位置之间枢转。

桩柱保持装置51包括驱动机构，该驱动机构可在两个臂53、54上操作，以使臂围绕臂枢转轴线55、56在用于接收桩柱的打开位置与闭合位置之间移动。在该实施方案中，驱动机构包括两个液压致动器63、64。

每个臂53、54设置有相应的夹爪57、58。夹爪57可枢转地安装到臂53，以相对于臂53围绕夹爪枢转轴线59枢转。夹爪58可枢转地安装到臂54，以相对于臂54围绕夹爪枢转轴线60枢转。

每个夹爪57、58设置有至少两个不同的打桩接合部件71、72、73、74，在该实施方案中打桩接合部件71、72、73、74的形式为单个辊子。

尽管可以提供单独的致动器以使夹爪57、58围绕它们各自的夹爪枢转轴线59、60枢转，但是在该实施方案中，夹爪57、58通过驱动机构63、64自动移动和定位，由于为每个夹爪57、58提供了运动连杆，从而驱动机构63、64移动和定位臂53、54，所述运动连杆构造成在相应臂的移动的过程中并由于相应臂的移动而引起夹爪的移动。

在该实施方案中，夹爪57的运动连杆包括将夹爪57连接到基座结构51的梁75。梁75的一个端部铰接地连接到夹爪57并与夹爪枢转轴线59相距一定距离，而梁75的相对的端部铰接地连接到基座结构51并与臂枢转轴线55相距一定距离，从而形成由基座结构51(的一部分)、臂53、夹爪57和梁75组成的四连杆机构。

夹爪58的运动连杆包括将夹爪58连接到基座结构51的类似的梁76。梁76的一个端部铰接地连接到夹爪58并与夹爪枢转轴线60相距一定距离，而梁76的相对的端部铰接地连接到基座结构51并与臂枢转轴线56相距一定距离，从而形成由基座结构51(的一部分)、臂54、夹爪58和梁76组成的四连杆机构。

因此，在臂53、54旋转时，相应的四连杆机构将使相应的夹爪57、58相对于臂53、54围绕夹爪枢转轴线59、60旋转。运动连杆的一个优点是，与固定在臂上的夹爪相比，在打开和闭合桩柱保持装置的过程中，夹爪将更朝向彼此地面对。这将改善夹爪与桩柱的接合和脱离接合。此外，更多空间可用于在打开位置接收桩柱，如在图1和图7中最佳地示出。由于这种四连杆机构，桩柱接合部分72和74缩回以几乎完全位于相应的臂53、54内。臂53、54设计成叉状件，其中相应的夹爪设置在叉状件之间，以允许夹爪围绕相应的夹爪枢转轴线自由旋转，并允许桩柱接合部分72、74接收在叉状件之间。

四连杆机构的另一个优点可以是，在至少一个闭合位置，存在臂53、54在至少一个闭合位置附近的移动范围，允许桩柱保持装置保持具有不同直径的桩柱或允许桩柱保持装置保持沿着桩柱长度在其不同位置具有变化直径的桩柱，而不同的桩柱或直径变化的桩柱的纵向轴线相对于基座结构而基本上保持在相同位置上。

作为示例，臂53、54被描绘在位于不同的位置上。已经关于图1、图3和图7描述了打开位置。图5和图6描绘了两个不同的闭合位置，每个闭合位置具有不同的直径。在图6中，夹爪57、58比图5中彼此更靠近，使得图6的闭合位置允许保持比图5的闭合位置更小直径的桩柱或桩柱部分。图5也可以是当从图6中的闭合位置移动时的中间位置和打开位置。

桩柱保持装置50进一步包括设置在支撑梁78上的桩柱支撑件77，支撑梁78可枢转地连接到基座结构51，以相对于基座结构51围绕梁枢转轴线79枢转。出于简化的原因，桩柱支撑件77和支撑梁78仅在图1、图5和图6中示出。

为了使支撑梁78围绕梁枢转轴线79移动和定位，在基座结构51和支撑梁78之间设置致动器，在这种情况下为液压缸80。致动器80允许在操作位置与缩回位置之间移动桩柱支撑件，在操作位置上，桩柱支撑件能够与桩柱接合，在缩回位置上，桩柱支撑件允许桩柱自由通过桩柱保持装置50。

桩柱支撑件77构造成在操作位置上与桩柱的下端部接合，以便限制桩柱在平行于桩柱的纵向轴线的方向上并且优选地还在垂直于桩柱的纵向轴线的方向上的移动。这允许桩柱支撑件在桩柱的竖立的过程中为桩柱提供额外的支撑，如下面将更详细地解释的。

桩柱保持装置50进一步设置有在基座结构51上的平台81、在臂53上的平台82以及在桩柱保持装置50的臂54上的平台83。这允许人员到达桩柱保持装置，例如用于检查桩柱保持装置，但也用于检查桩柱保持装置中的桩柱。

在支撑框架20上的平台21与基座结构51上的平台81之间设置有楼梯84。还可以从平台81到达平台82和83。在楼梯84的平台21侧，通过轮子而从平台支撑楼梯84，并且在桩柱保持装置侧，楼梯84可枢转地安装到基座结构51，从而当桩柱保持装置朝如图3所示的竖直取向旋转时，楼梯84容易地在平台21上移动。

桩柱保持装置50的基座结构51进一步设置有缓冲件85，在该实施方案中具有V形形状，当臂处于打开位置时允许缓冲件85与桩柱接合。缓冲件85保护基座结构并且可以包括弹性或弹簧状部件以吸收碰撞力，但是当桩柱保持装置处于竖直取向并且桩柱以基本上水平的位置引入到桩柱保持装置中时，缓冲件可以额外地或替代地用作桩柱的临时支撑件。一旦桩柱保持装置的臂闭合并且桩柱接合部分与桩柱接合，缓冲件优选地从桩柱脱离接合。在一个实施方案中，缓冲件可在平行于由臂和夹爪生成并垂直于基座结构的平面的方向上移动，从而允许将桩柱定位在臂之间和/或允许主动地与桩柱接合和脱离接合。

缓冲件是出于简化的原因而未在每个附图中示出，但是可以在图1、图5和图6中清楚地看到。

桩柱保持系统1进一步包括控制单元100，其仅在图1中示意性地示出。控制单元100至少控制第一致动器41和第二致动器42，但是，如在该实施方案中，也可以控制图中所示的所有其他致动器。

控制单元100提供有波浪引起的运动主动补偿模式，其中操作致动系统以独立于波浪引起的船的运动而保持桩柱保持装置50的预定X-Y位置。这提供了许多优点，下面将更详细地描述。

图8至图12描绘了根据本发明实施方案的桩柱保持系统1。桩柱保持系统类似于图1至图7的桩柱保持系统1，主要区别在于夹爪57、58实施为具有不同的形式。由于两个实施方案之间的相似性，下面不再描述相同或相似的部件。参考与图1至图7有关的描述。因此，以下关于图8至图12的描述集中于两个实施方案之间的差异。

根据图1至图7的实施方案的夹爪57、58各自包括两个为单辊形式的固定桩柱接合部分71、72、73、74。根据图8至图12的实施方案的夹爪57、58各自包括两个旋转桩柱接合部分71、72、73、74，它们可围绕相应的旋转轴线71c、72c、73c和74c自由旋转。每个桩柱接合部分进一步包括两个用以与桩柱接合的辊子。桩柱接合部分71包括辊子71a、71b，桩柱接合部分72包括辊子72a、72b，桩柱接合部分73包括辊子73a、73b，并且桩柱接合部分74包括辊子74a、74b。

在图8中，支撑框架20(以及由此的桩柱保持装置50)处于平衡位置。平衡位置可以定义为梁31-34垂直于由支撑框架20及基部框架10生成的平面的位置。

图9至图12描绘了移动的可能性。在图9中，第一致动器41完全伸展，从而使支撑框架相对于平衡位置沿负Y方向移动。在图10中，第一致动器41完全缩回，从而使支撑框架相对于平衡位置沿正Y方向移动。在图11中，第二致动器42完全缩回，从而使支撑框架相对于平衡位置沿负X方向移动。在图12中，第二致动器42完全伸展，从而使支撑框架相对于平衡位置沿正X方向移动。

所描述的移动可能性和平衡位置也适用于图1至图7的实施方案，并且允许支撑框架20在X-Y平面中移动，从而允许控制单元的波浪引起的运动补偿模式。

上述桩柱保持系统1可用于下面将参考图13至图14描述的方法中。图13和图14中所示的桩柱保持系统1类似于图1至图7的桩柱保持系统1。

图13和图14描绘了具有甲板201的船200。在这种情况下，甲板201提供足够的空间来储存水平取向的五个桩柱202。将桩柱202储存为使得它们的纵向轴线平行于船200的纵向轴线。

在该实施方案中，船200是单体船，但是可选地，船可以是半潜式的。在未示出的实施方案中，船是自升式船，其中支腿可以下降到水中以至少部分地将船从水中提升，使得波浪对船具有有限的或最小的影响。当天气和波浪状况良好时，船可以在浮动状态下使用，并且当天气和波浪状况不好时，可以在自升状态下使用。

在船的船尾处设置起重机203。在船200的横向方向上看，起重机203设置在甲板201的中央，以与船200的重心对齐。在一侧上设置有桩柱保持系统1，并且在起重机203的相对侧上，打桩机构205设置在相应的储存位置处。

桩柱保持系统1设置成使得基座枢转轴线52(可替代地称为旋转轴线52)水平取向但垂直于船200的纵向轴线。

当船200已经航行到需要将桩柱202安装到海底中的海上安装地点时，桩柱202被定位在桩柱保持系统1的桩柱保持装置50中，而桩柱保持装置50处于图3的竖直位置，这也可以称为接收位置，这是因为它允许以水平取向接收桩柱。

桩柱保持装置50的臂53、54移动到打开位置，并且桩柱202可以定位在桩柱保持装置50中以安置于缓冲件85上。然后闭合臂53、54，使得夹爪57、58的桩柱接合部分71、72、73、74在桩柱下侧与桩柱202的外周接合。然后优选地将桩柱从缓冲件85上抬起。

桩柱保持装置50上的桩柱支撑件77也被带到正确的位置，并且在这种情况下，利用平行于桩柱202的纵向轴线的桩柱202的平移，桩柱202的下端与桩柱支撑件77接合。

其结果是，桩柱202的下侧在垂直于桩柱202的纵向轴线的方向上的移动以及桩柱202在平行于桩柱202的纵向轴线的方向上的移动受到限制。

然后使用起重机203提升桩柱202的上端，其中下侧位于桩柱保持装置50中，从而使桩柱202从水平取向旋转到竖直取向，如图14所示。图13示出了处于水平取向与竖直取向之间的中间倾斜取向的桩柱202。

在旋转之后，桩柱保持装置50处于水平位置，其可替代地称为下降位置，并且桩柱202从上方看位于船200的轮廓之外，即在船外，以被下降到水中(如图14所示)。桩柱保持装置50和桩柱202现在位于船200的船尾侧。

在将桩柱202下降到水中之前，桩柱202的下端需要从桩柱支撑件77脱离。在这种情况下，桩柱202首先被抬起，之后桩柱支撑件77可以移开。然后可以将桩柱202下降到水中。

在上述操作的过程中，船优选地处于浮动状态，并且在下降的过程中，对桩柱保持装置50进行补偿以用于波浪引起的船200的运动，从而通过操作处于波浪引起的运动补偿模式中的桩柱保持系统1的控制单元100，而使得独立于波浪引起的船200的运动来保持预定的X-Y位置。

当将桩柱202下降到水中时，桩柱202最初由起重机203保持，并且当桩柱202到达海底时，重力将首先使桩柱202被驱动到海底。当这停止时，起重机203可以从桩柱202脱离，并且起重机203可以将打桩机构205提升到位于桩柱202顶部的位置，以通过向下施加指向力到桩柱202的上端部分来主动将桩柱202驱动到更深的海底。

当桩柱下降到水中并悬挂在起重机203上时，起重机可以以波浪引起的运动补偿模式操作，使得为波浪引起的船的运动而对桩柱202的上端部进行补偿，以独立于波浪引起的船的运动而保持预定的X-Y位置。这允许在下降的过程中将桩柱202保持在基本竖直的取向上。

可选地或另外地，起重机可以以波浪引起的运动补偿模式操作，使得为波浪引起的船的运动而对桩柱202进行补偿，以独立于波浪引起的船的运动而保持预定的Z位置。这也可以称为升沉补偿。

为了提升桩柱202的上端以使桩柱从水平取向旋转到竖直取向，起重机设置有桩柱夹紧装置210，桩柱夹紧装置210包括用于夹紧桩柱202的上端的夹紧部件211和连接部件212，连接部件212允许将桩柱夹紧装置连接到起重机203的载荷连接器213。在上端的提升的过程中，即在桩柱的旋转的过程中，连接部件212能够相对于夹紧部件211自由旋转。

图15描绘了安装在船上的波浪引起的运动补偿桩柱保持系统的另一个实施方案，例如用于安装适于支撑海上风力涡轮机的桩柱。

该系统包括：

-基部框架10，其安装在船上；

-支撑框架20，其设置在基部框架上方一定距离处；

-支撑系统，其用于从基部框架可移动地支撑所述支撑框架，该支撑系统具有主动运动补偿致动系统，用于相对于基部框架移动支撑框架，例如，如本文已经描述的。

桩柱保持装置250包括安装到支撑框架20的基座结构251。在该实施方案中，基座结构251可枢转地安装到支撑框架20，以相对于支撑框架20围绕基座枢转轴线252在基本竖直取向与基本水平取向之间枢转。在该示例中，设想这种倾斜动作仅仅是考虑到与船一起航行，在港口中停泊等，这是因为设想为由起重机提升桩柱，并且在通过桩柱保持装置250而由该桩柱保持装置250接合桩柱之前将桩柱沿竖直取向放置。

桩柱保持装置250具有环形结构，该环形结构的一部分由基座结构251形成，并且其剩余部分由两个半圆形夹爪260、261形成。这些夹爪260、261各自在其内端部处可枢转地连接到基座结构251的相应枢转部分，并且在闭合位置与打开位置之间围绕枢轴262、263枢转，在闭合位置上夹爪260、261的外端结合接起来。每个夹爪260、261的致动通过夹爪致动器(例如液压缸265)完成。

优选地设置锁定机构277以将半圆形夹爪260、261的外端部彼此锁定。

优选地，桩柱保持装置250的环形结构设置有圆形支撑轨道结构270，其承载多个桩柱接合装置280，这里具有桩柱引导辊子285，例如四个或更多个，这里是六个这样的装置。

桩柱接合装置280可沿着圆形支撑轨道结构移动，至少它们中的一个或多个，至少在圆弧段上移动，以便允许适应桩柱接合装置280相对于桩柱的通道的角位置。

优选地，每个桩柱接合装置280以可移动的方式承载一个或多个(这里是一对两个)桩柱引导辊子285，允许调节辊子285相对于桩柱的通道的径向位置。这里，每个桩柱接合装置包括悬臂290，悬臂290围绕水平轴291枢转，这里优选地从臂290的顶端相对于支撑在轨道结构270上的装置的底盘295枢转。

悬臂致动器(这里是液压缸297)设置在底盘295与臂290之间，以调节辊子285的径向位置。

这里的每个底盘295设置有机动驱动器，该机动驱动器适于沿着圆形轨道结构(可能是其一部分)移动底盘295，以便调节装置280的角位置。

这里安装有挡板结构300，其优选地安装在基座结构上，例如考虑到桩柱相对于桩柱保持装置的粗略定位。

Claims (24)

1.一种用于安装适于支撑海上风力涡轮机的桩柱的方法，包括以下步骤：

a.将水平取向的桩柱运送到海上安装地点；

b.将桩柱定位在安装船上的桩柱保持装置中，同时处于平行于船的纵向轴线的水平取向，其中所述桩柱保持装置在桩柱下侧与桩柱的外周接合以保持桩柱，从而限制所述桩柱的下侧在垂直于所述桩柱的纵向轴线的方向上的移动，并且其中所述桩柱保持装置与所述桩柱的下端接合，以便限制所述桩柱在平行于所述桩柱的纵向轴线的方向上的移动；

c.将桩柱的上端部分与在桩柱保持装置中的所述下侧一起提升，从而使桩柱围绕垂直于船的纵向轴线的基本水平的旋转轴线从水平取向旋转到竖直取向，其中在桩柱从水平取向旋转到竖直取向之后，从上方看桩柱位于船的轮廓之外，以下降到水中；

d.将桩柱保持装置从桩柱的下端脱离结合；

e.在由桩柱保持装置保持的同时将桩柱下降到水中，

其中，在步骤b到e的过程中，船处于浮动状态，

并且其中在步骤e的过程中,对桩柱保持装置进行补偿用于波浪引起的船的运动，从而独立于波浪引起的船的运动来保持预定的X-Y位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述安装船还执行所述步骤a。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，由安装船上的起重机执行步骤b和/或步骤c。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述桩柱保持装置安装在船上，以相对于所述船围绕水平旋转轴线在接收位置与下降位置之间旋转，所述接收位置接收水平取向，在所述下降位置上桩柱下降到水中同时处于基本竖直的取向，其中在步骤b中，桩柱保持装置处于接收位置，并且其中在步骤c中，桩柱保持装置随着桩柱一起移动到下降位置。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述桩柱保持装置包括桩柱支撑件，以与桩柱的下端接合，从而限制桩柱在平行于桩柱的纵向轴线的方向上的移动，其中步骤d将桩柱保持装置从桩柱的下端脱离结合，该步骤d包括以下步骤：

d1.从所述桩柱支撑件中提升桩柱；以及

d2.沿垂直于桩柱的纵向轴线的方向将桩柱支撑件移出。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述桩柱保持装置包括桩柱支撑件，以与桩柱的下端接合，从而限制桩柱在平行于桩柱的纵向轴线的方向上的移动，其中所述步骤d将桩柱保持装置从桩柱的下端脱离，该步骤d包括以下步骤：

d1.使所述桩柱支撑件在平行于桩柱的纵向轴线的方向上远离桩柱移动；以及

d2.在垂直于桩柱的纵向轴线的方向上将桩柱支撑件移出。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述步骤e通过由所述桩柱保持装置保持而将所述桩柱下降到水中，所述步骤e包括以下步骤：

e1.下降桩柱直至桩柱到达海底，并且由于重力的被动下降停止；

e2.通过向桩柱的上端部分施加向下的指向力，而主动地将桩柱打入海底。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，由安装船上的起重机执行步骤e1，其中优选地在步骤e1中的下降的至少一部分，例如最后部分，的过程中，对桩柱的上端部分进行补偿用于波浪引起的船的运动，以独立于波浪引起的船的运动来保持预定的X-Y位置。

9.一种波浪引起的运动补偿桩柱保持系统，其安装在船上，例如用于安装适于支撑海上风力涡轮机的桩柱，包括：

-基部框架，其安装在船上；

-支撑框架，其设置在基部框架上方一定距离处；

-支撑系统，其用于从基部框架可移动地支撑所述支撑框架；

-主动运动补偿致动系统，其用于使支撑框架相对于基部框架移动；

-控制单元；以及

-桩柱保持装置，其安装在支撑框架上，

其中所述支撑系统包括在所述基部框架与所述支撑框架之间延伸的至少三个竖直梁，其中这些梁的长度相等，其中每个梁的一个端部相对于基座结构围绕两个正交铰链轴线铰接地连接至铰链，并且其中每个梁的相对的端部相对于可移动结构围绕两个正交铰链轴线铰接地连接至铰链，使得支撑框架能够在两个正交的水平方向上平行于基部框架移动，

其中所述致动系统包括：第一致动器，其用于移动支撑框架，使得所述梁的端部围绕两个铰链轴线中的一个铰接；以及第二致动器，其用于移动所述可移动结构，使得梁的端部围绕两个铰链轴线中的另一个铰接，

其中所述桩柱保持装置包括多个辊子以与桩柱接合从而保持所述桩柱，并允许所述桩柱在平行于所述桩柱的纵向轴线的方向上相对于所述桩柱保持装置移动，

并且其中所述控制单元提供有波浪引起的运动主动补偿模式，其中操作所述致动系统以独立于波浪引起的船的运动而保持所述桩柱保持装置的预定X-Y位置。

10.根据权利要求9所述的桩柱保持系统，其中，所述桩柱保持装置能够在水平取向与竖直取向之间相对于所述支撑框架围绕基本水平的旋转轴线旋转，在水平取向上所述桩柱保持装置能够以基本竖直的取向保持桩柱。

11.根据权利要求9或10所述的桩柱保持系统，其中，所述支撑系统包括四个在所述基部框架与所述支撑框架之间延伸的竖直梁。

12.根据权利要求9-11中任一项所述的桩柱保持系统，其中，所述桩柱保持装置包括：

-基座结构；

-两个臂，其设置在基座结构的相对的端部处；

-每个臂的单独的夹爪；以及

-驱动机构，

其中所述基座结构安装在支撑框架上，

其中所述臂围绕相应的臂枢转轴线能够枢转地安装至基座结构，

其中所述夹爪围绕相应的夹爪枢转轴线能够枢转地安装至相应的臂，

其中夹爪设置有两个不同的桩柱接合部分，所述桩柱接合部分包括辊子，

并且其中所述驱动机构能够在两个臂上操作，以使臂围绕臂枢转轴线在用于接收桩柱的打开位置与闭合位置之间移动，在闭合位置上所述夹爪的桩柱接合部分能够与桩柱接合。

13.根据权利要求10和12所述的桩柱保持系统，其中，所述基座结构能够旋转地安装在所述支撑框架上，以允许所述桩柱保持装置围绕基本水平的旋转轴线旋转。

14.一种船，其包括根据权利要求9-13中任一项所述的桩柱保持系统，其中所述桩柱保持系统的基部框架安装在所述船上。

15.根据权利要求14所述的船，其中，所述桩柱保持系统设置在所述船的船尾处，以从上方看在所述船的船尾侧将桩柱保持在所述船的轮廓之外。

16.根据权利要求14或15所述的船，进一步包括用于操纵桩柱的起重机，其中所述起重机设置在所述船的船尾处，其与所述船的重心对齐。

17.根据权利要求16所述的船，其中，所述桩柱保持系统设置在所述起重机旁边。

18.根据权利要求17所述的船，进一步包括储存位置，其位于所述船的船尾处与起重机的所述桩柱保持系统所在的一侧相对的一侧，所述储存位置允许存放打桩机构以驱动桩柱进入海底。

19.根据权利要求14至18中任一项所述的船，其中，所述船包括甲板空间，用于在平行于所述船的纵向轴线的水平取向上储存桩柱。

20.一种用于保持桩柱的桩柱保持装置，包括：

-基座结构；

-两个臂，其设置在基座结构的相对的端部处；

-每个臂的单独的夹爪；以及

-驱动机构，

其中所述臂围绕相应的臂枢转轴线能够枢转地安装至基座结构，

其中夹爪围绕相应的夹爪枢转轴线能够枢转地安装至相应的臂，

其中夹爪设置有两个不同的桩柱接合部分，所述桩柱接合部分包括辊子，

并且其中所述驱动机构能够在两个臂上操作，以使臂围绕臂枢转轴线在用于接收桩柱的打开位置与闭合位置之间移动，在闭合位置上夹爪的桩柱接合部分能够与桩柱接合。

21.根据权利要求20所述的桩柱保持装置，其中，为每个夹爪提供运动连杆，所述运动连杆构造成在相应臂的移动的过程中以及由于相应臂的移动而引起所述夹爪的移动。

22.根据权利要求21所述的桩柱保持装置，其中，每个运动连杆包括铰接地连接到所述夹爪和所述基座结构的梁。

23.根据权利要求20至22中任一项所述的桩柱保持装置，其中，所述臂具有叉形形状，并且其中夹爪能够枢转地安装在相应的叉状臂之间。

24.根据权利要求23所述的桩柱保持装置，其中，所述桩柱保持装置构造成使得最靠近所述基座结构的所述桩柱接合部分能够在臂的打开位置上容纳在相应的叉状臂中。