CN112770995B - 用于使具有纵向方向的管状元件在外端竖立的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

描述了一种装置，该装置用于使具有纵向方向的管状元件在外端竖立。该装置具有相互联接的梁的交叉形的支撑结构。该支撑结构围绕与其连接的提升构件可枢转，提升构件用于连接至诸如起重机的提升手段。可以提供沿着梁从清除位置可滑动到夹持位置的夹持构件，以在该夹持位置与管状元件的外端的壁部分联接。在夹持位置，梁基本上横向于管状元件的纵向方向延伸。还描述了一种使用该装置的方法。

Description

用于使具有纵向方向的管状元件在外端竖立的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于使具有纵向方向的管状元件在外端竖立的装置和方法。本发明尤其涉及一种用于从船舶上在外端使待放置在水下底部上的风力涡轮机的基桩竖立和/或使待放置在已安装的基底上的风力涡轮机塔架竖立的装置和方法。这里的基底可以包括所谓的单桩基底或者所谓的护套基底。
背景技术
参考海上风力涡轮机解释本发明。然而，该参考并不意味着本发明限于此，并且该装置和方法可以同样良好地应用于将任何其他管状元件放置在任何地面上。因此，本发明例如可以应用在布置码头、雷达和其他塔架的其他海上基础结构的情况下，以及用于陆上应用。
海上风力涡轮机的基桩在很多情况下包括钢或混凝土的中空管状元件，该中空管状元件可以具有超过100m的长度，6m以上的直径，并且重量可以达到800-2300吨以上。此外，由于风力涡轮机不断扩大规模，因此风力涡轮机的基底越来越重。由于基底变得越来越大，因此处理起来也越来越困难。
一种用于将基桩放置在水下底部上的已知方法包括用诸如起重机的提升手段从船舶上提起基桩以及将基桩降低到水下底部上或水下底部中。然后，使基桩与提升手段脱离。
除其他原因外，提起基桩是一项精细操作，因为在这里基桩很容易损坏。在这里，重要的是要考虑到基桩可能在船舶的甲板上突出很长的距离，并且用于提起的装置和基桩之间的距离相对于基桩的直径而言通常非常小，使得用于提起的装置和基桩的壁部分之间很容易出现不期望的接触。此外，各种操作员还积极操作所用的工具，诸如起重机、设置在船舶甲板上的绞盘等。
已知装置的弊端在于损坏待竖立的管状元件(诸如基桩)的可能性很大。已知装置也只有在海相对平静时才能发挥其作用，并且通常只适于有限的直径范围。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种使具有纵向方向的管状元件在外端竖立的装置和方法，这有助于至少部分地避免上述现有技术缺陷。本发明尤其寻求提供一种改进的装置和方法，用于使具有纵向方向的管状元件，尤其是待放置在水下底部上的风力涡轮机的基桩在外端竖立。
根据本发明，为此提供了一种根据权利要求1的装置。该装置包括相互联接的梁的交叉形支撑结构；提升构件，其可枢转地连接至支撑结构，以与诸如起重机的提升手段连接；以及夹持构件，其沿梁从清除位置可滑动到夹持位置，以在夹持位置与管状元件的外端的壁部分联接，在该夹持位置，梁基本上横向于管状元件的纵向方向延伸。
在本发明的说明书的上下文中，术语“基本上”应理解为是指所指示的值或性质的80％以上，更优选地85％以上，还更优选地90％以上，并且还为100％。
可滑动的夹持构件与管状元件的壁部分的联接原则上可以包括任何类型的联接。合适的联接例如包括摩擦联接或凸缘联接，或两者的组合。摩擦联接是基于通过将夹持构件的表面和相关的壁部分的表面压在一起而在两个表面之间产生摩擦力，夹持构件接合在该相关的壁部分上。凸缘联接基于夹持构件接合在管状元件的凸缘下侧。
该装置，尤其是其可滑动的夹持构件确保管状元件可以几乎不会损坏被提起和竖立，尤其从摇晃的船舶上。本发明的装置还允许待竖立的管状元件的尺寸，尤其是直径的多种多样。
本发明的另一方面涉及一种用于使具有纵向方向的管状元件在外端竖立的方法。该方法包括以下步骤：
-提供了一种根据前述权利要求中任一项所述的装置；
-使用提升手段通过提升构件提起支撑结构；
-将装置运送到管状元件的外端；
-将夹持构件沿着梁从清除位置滑动到夹持位置，以在该夹持位置与管状元件的外端的壁部分联接，在该夹持位置，梁基本上横向于管状元件的纵向方向延伸；
-将与装置联接的管状元件竖立，其中，支撑结构相对于提升构件枢转；
-将与装置联接的管状元件提升到期望位置；以及
-将夹持构件沿着梁从夹持位置滑动到清除位置，以使装置与管状元件脱离。
该元件的外围部分在竖立元件期间由夹持构件以合适的夹持张力接合。由于在将装置插入管状元件的中空外端时夹持构件例如位于相对靠近交叉形支撑结构的中心的位置，因此，损坏的可能性较小。这也使得与现有技术方法相比更可能在较大的海浪中工作(如果期望的话)。
在本发明的一个实施例中，夹持构件从清除位置可滑动到夹持位置，用于联接至管状元件的中空外端的内壁部分，夹持位置比清除位置离支撑结构的交叉中心更远。提供将夹持构件从清除位置滑动到夹持位置的选择使得不同直径的管状元件被接合和竖立而无需为此目的修改装置。装置尤其使得具有相对大的直径的管状元件被竖立。在本申请的上下文中，相对大的直径应理解为意指大于6m的直径，更优选地大于7m，仍然更优选地大于8m，仍然更优选地大于9m，以及最优选地大于10m。
根据本发明的装置的一个实施例的特征在于夹持构件从清除位置可滑动到夹持位置，用于联接至管状元件的中空外端的内壁部分，夹持位置比清除位置离支撑结构的交叉中心更远。
又一个实施例提供了一种装置，其还包括连接至梁的支撑构件，用于管状元件的壁部分。当管状元件抵抗重力而被竖立时，这种构件可以在有助于支撑管状元件。支撑构件优选应用于竖立具有相对大的直径的管状元件，并且有利于避免管状元件过载。
在一个实施例中，支撑构件在梁的可调节的固定位置与梁连接。可调节但固定的位置例如可以由支撑构件和支撑构件的相关梁之间的销孔连接形成。
本发明改进的实施例涉及一种装置，其中，支撑构件被构造为支撑管状元件的外壁部分。
本发明的进一步改进的实施例涉及一种装置，在这里其还包括不同于支撑构件的支撑结构，该支撑结构至少沿着管状元件的外围的一部分延伸，例如沿着外围的一半或四分之一。支撑结构优选地与交叉形支撑结构的至少两个梁连接。
在本发明的另一实施例中，装置还包括用于调节支撑构件相对于提升构件的角度位置的手段，该提升构件可枢转地联接至支撑结构。这使得可以调节支撑结构的角度位置。支撑结构在这里可以从插入位置移动到提升位置，在插入位置装置可以与管状结构联接，在提升位置管状元件处于(部分)竖立的位置，并且最终处于其竖直悬挂的位置。
角度调节手段可以以任何已知的方式实施，其中，优选的实施例是角度调节手段包括在提升构件和支撑结构之间延伸的液压活塞缸。
支撑结构的夹持构件原则上可以位于支撑结构的上侧或下侧，或者两侧。一个实际的实施例涉及一种装置，其中提升构件位于交叉形支撑结构的上侧，用于与提升手段连接，并且夹持构件沿着支撑结构的下侧可滑动。
支撑结构的夹持构件原则上可以以任何本领域技术人员已知的方式沿着支撑结构的梁可滑动。维护成本较低的实施例涉及一种装置，其中，夹持构件通过在夹持构件和支撑结构之间的液压活塞缸可滑动。
由于装置为其目的必须至少部分地防止损坏待竖立在海上的管状元件，本发明的另一实施例由一种装置形成，其中，可以与管状元件的壁部分接触的表面设置有诸如橡胶覆盖物的减震元件。这些表面在某些实施例中例如可以是夹持构件、支撑构件和/或支撑结构的端面。
根据本发明，支撑结构为交叉形，其被理解为意指包括从中心延伸的多个臂的结构。虽然X型和/或Y型的交叉形支撑结构是优选的，但是臂的数量可以随意选择。这样的支撑结构分别具有4个或3个臂。
该装置尤其适于竖立相对大尺寸的管状元件，例如直径为6m以上，并且长度可达80m以上。为此，一个实施例提供了一种装置，该装置在这里还包括由承载结构承载的提升手段，用于通过提升构件提起支撑结构。合适的提升手段包括任何已知类型的起重机。用于提升手段的支撑结构可以包括地面、土壤、混凝土板等等。
该装置尤其适于使管状元件在海上竖立，为了该目的，根据一个实施例，该装置包括作为承载结构的浮船。在该实施例中，该装置从船舶的工作甲板上操作，例如自升式平台。当支撑结构包括适于提升重物的浮船时，本发明的优点最明显地体现出来。
根据本发明的装置的优点在以下实施例中最明显地体现，其中，管状元件是风力涡轮机的基桩和/或待放置在已安装的基底上的风力涡轮机塔架。
使用该装置，具有纵向方向的管状元件可以在其外端竖立，而且减少了损坏的可能性。在这里提供了本发明装置的一个实施例；使用提升手段由支撑结构的提升构件提起支撑结构；该装置被运送至管状元件的外端；夹持构件沿着梁从清除位置滑动到夹持位置，从而在夹持位置它们与管状元件的外端的壁部分联接；以及与该装置联接的管状元件被竖立，其中，支撑结构相对于提升构件枢转。当与装置联接的管状元件在悬挂位置被带至期望位置后，夹持构件沿着梁从夹持位置滑动到清除位置，以使装置与管状元件脱离。
在该方法的一个实施例中，特别是为了将支撑结构移动到适于待提起的管状元件的位置的插入位置，支撑结构使用角度调节手段相对于提升构件主动地枢转。
为了允许具有相对较小和相对较大直径的管状元件被竖立，在该方法的一个实施例中，根据管状元件的直径调节从清除位置到夹持位置的距离。为此目的，提供了装置的相应实施例，其能够实现这一点。
本发明的另一方面涉及一种根据任一所述实施例的装置和联接到这种装置的管状元件的组件。
可以以这些实施例的任何可能的组合来组合在该专利申请中描述的本发明的实施例，并且每个实施例可以单独地形成分案专利申请的主题。
附图说明
现在将基于以下附图进一步阐明本发明，而不以其他方式限制本发明。在图中：
图1是根据本发明实施例的装置的示意性立体爆炸图；
图2是图1所示的实施例的组装状态下的示意性俯视图；
图3是图1所示的根据本发明的装置的实施例的示意性仰视图，该装置具有联接到其上的管状元件；
图4是图1所示的根据本发明的装置的实施例在两个角度位置的示意性侧视图；以及，最后
图5是图1所示的根据本发明的装置的实施例的示意性前视图。
具体实施方式
参考附图，示出了一种用于使具有纵向方向的基桩20在外端竖立的装置1。该装置1同样适合于竖立和放置具有纵向方向的其他元件，例如风力涡轮机桅杆的过渡件，可选地彼此竖立和放置或者竖立和放置在另一个表面上。在所示实施例中，装置1包括呈相互联接的梁(2a、2b)形式的交叉形支撑结构。联接例如可以通过梁部分的焊接来实现。梁例如具有管状横截面，但也可以是H型梁或I型梁。在交叉中心，支撑结构设置有两个铰接板(3a,3b)，其中，提升构件4通过销孔连接与支撑结构2可枢转地连接。提升构件4在提升侧上设置有用于与诸如起重机之类的提升手段(未示出)连接的提升孔眼40，这与起吊缆绳的插入有关，这些起吊缆绳都接合在提升孔眼40中。提升孔眼40的功能还可以采取不同的形式，例如短轴或者耳轴的形式。采用提升构件4，可以将装置1悬挂在提升手段上，使得支撑结构2可以相对不受阻地围绕垂直于铰接板(3a、3b)延伸的旋转轴线5旋转。
装置1还包括夹持构件6，该夹持构件6沿着梁(2a、2b)从清除位置可滑动到夹持位置。每个夹持构件6都具有U形横截面并且可以以这种方式至少部分地包围梁(2a、2b)，以便夹持构件6能够以滑动表面在相关的梁(2a、2b)上滑动而不会与梁(2a、2b)失去接触。在所示的实施例中，夹持构件6沿着支撑结构的下侧是可滑动的。支撑结构2的下侧在这里被限定为未设置提升构件4的一侧。该提升构件4位于交叉形支撑结构2的上侧上。夹持结构6可以通过在相关的夹持构件6和支撑结构2的梁之间延伸的液压活塞缸7在梁(2a、2b)上滑动。在根据图2所示的所指的方向8上，通过在缸上施加沿图2所示的方向8的径向向外移动，夹持构件6从径向上相对靠近交叉中心的清除位置A移动到离支撑结构的交叉中心更远的夹持位置B。如图3所示，在夹持位置B中，夹持构件6在压力下抵靠基桩20的中空外端的内壁部分20a。这导致了夹持构件6的端面和基桩2的内壁部分20a之间的联接。为了进一步提高这种联接，夹持构件6的与壁部分20a接触的端面可以设置有诸如橡胶覆盖物的减震元件。附图进一步示出在夹持构件6的夹持位置，梁(2a、2b)基本上横向于基桩20的纵向方向21延伸。在图3中，纵向方向21垂直于附图的平面延伸。
装置1还设置有与梁(2a、2b)连接的支撑构件9。支撑构件9被构造成至少沿着基桩20的外围的一部分支撑基桩20的外壁部分20b。支撑构件9同样具有U形横截面并且可以在梁(2a、2b)的端部上滑动到相关的梁(2a、2b)的可调节的固定位置。该可调节的固定位置例如通过多个开口22确定，多个开口22布置在梁(2a、2b)的侧壁中并且可以在开口中布置支撑构件9的相应销92，以便将该构件固定到梁(2a、2b)上。由于支撑构件9被构造成在竖立期间支撑基桩20的外壁部分20b，因此支撑构件9通常会比夹持构件6在径向方向8上更径向向外定位，毕竟夹持构件6在所示的实施例中被构造成在竖立期间夹持基桩20的内壁部分20a。
对于具有相对大的直径(例如6m以上)的基桩20，和/或具有相对高的重量(例如800-2300吨以上)的基桩20，以支撑结构25的形式提供进一步的支撑可能是有用的，支撑结构25与支撑构件9不同并且沿着基桩20的外围的至少一部分23延伸。为了获得足够的强度，将支撑结构25连接到至少两个梁(2a、2b)可能是有用的，如图2和图3所示。可以与基桩20的壁部分接触的支撑结构25的表面还可以设置有减震元件26，例如以橡胶覆盖物的形式。
在使用期间，当基桩20正在被竖立时，支撑构件9和支撑结构25都在基桩20的下侧处于部分竖立的位置。支撑构件9和(如果期望的话)支撑结构25因此在吸收基桩20自身的重量方面特别有用。
最后，装置1还设置有用于调节支撑结构2相对于提升构件4的角度位置的手段，该提升构件4可枢转地连接至支撑结构2。在所示的实施例中，角度调节手段包括在提升构件4和支撑结构2之间延伸的液压活塞缸24。在缸24的缩回位置，如图4所示，支撑结构2的平面29基本上垂直于提升构件4的平面49伸展。在该提升位置，提升构件4和支撑结构2的两个平面之间的角度45基本上为90°。通过在缸24上施加移动，支撑结构2围绕旋转轴线5旋转到图4中虚线所示的插入位置，其中，支撑结构2的平面29基本上平行于提升构件4的平面伸展。提升构件4和支撑结构2之间的角度45在这里增加到大约180°。
在使用期间，通过将起吊缆绳连接到提升构件4的孔眼40或者替代连接手段，首先将本发明的装置1连接至起重机(未示出)的起吊缆绳(未示出)。然后，使用起重机通过提升构件4将支撑结构2提起并且运送到基桩20的外端。必须竖立并且例如必须布置在海床中的基桩20通常以水平位置位于船舶的工作甲板上，例如自升式平台。为了提升带有装置1的这种水平定向的基桩20，通过对缸24施加移动，将装置的支撑结构2移动到图4中的虚线所示的插入位置，并且将其插入到基桩20的中空外端中。夹持构件6在这里处于清除位置A，即相对靠近交叉中心。以这种方式避免了对基桩20的壁部分的损坏。夹持构件6然后沿着梁(2a、2b)从它们的清除位置A滑动到它们的夹持位置B，其中实现了与基桩2的中空外端的内壁部分20a的联接。在该夹持位置，梁(2a、2b)基本上横向于基桩20的纵向方向延伸。然后通过用起重机将整体吊起，与装置1联接的基桩20被竖立。支撑结构2在这里相对于提升构件4枢转直到角度45已经减小到90°，也就是说直到支撑结构2的平面29基本上垂直于提升构件4的平面49伸展。在该位置中，用起重机将与装置1联接的基桩20吊起到期望位置，例如在该位置必须将基桩20降低到海床上。在期望位置，夹持构件6沿着梁(2a、2b)从夹持位置B径向向内地滑动到清除位置A，以便使装置1与基桩20脱离。在竖立基桩20的期间，如果期望的话，其可以进一步由支撑构件9和/或支撑结构25支撑。
很显然，上述实施例必须设置有外围设备，诸如液压和电动力源，用于其的供应管等。该外围设备没有进一步详细地描述。
利用上面详细描述的本发明的装置的实施例，管状物体，尤其是风力涡轮机的基桩可以从浮船放置到地面上，特别是水下底部上，这在恶劣的天气条件下比用已知方法更有可能。这降低了损坏管状物体的风险。装置也使操纵具有相对大的直径的管状元件成为可能，其中可以容纳不同的尺寸。

Claims (17)

1.一种用于使具有纵向方向(21)的管状元件(20)在外端竖立的装置(1)，其中，所述装置包括：
相互联接的梁(2a、2b)的交叉形支撑结构；
提升构件(4)，可枢转地连接至支撑结构，以与提升手段连接；
夹持构件(6)，所述夹持构件沿着梁(2a、2b)从清除位置(A)可滑动到夹持位置(B)，以在夹持位置(B)与管状元件(20)的外端的壁部分联接，在夹持位置(B)，梁(2a、2b)基本上横向于管状元件(20)的纵向方向(21)延伸，
其中，夹持构件(6)从清除位置(A)可滑动到夹持位置(B)，用于联接至管状元件(20)的中空外端的内壁部分(20a)，夹持位置(B)比清除位置(A)离支撑结构的交叉中心更远，
其中，所述装置还包括：与梁(2a、2b)连接的支撑构件(9)，用于管状元件(20)的壁部分(20b)，其中支撑构件被构造为支撑管状元件的外壁部分；以及不同于支撑构件(9)的支撑结构(25)，支撑结构沿着管状元件(20)的外围的至少一部分(23)延伸，其中支撑结构(25)与至少两个梁(2a、2b)连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，支撑元件在梁的可调节的固定位置处与梁连接。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置还包括用于调节支撑结构相对于提升构件的角度位置的手段，提升构件可枢转地联接至支撑结构。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，角度调节手段包括在提升构件和支撑结构之间延伸的液压活塞缸。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中，提升构件位于交叉形支撑结构的上侧定位，用于与提升手段连接，并且夹持构件沿着支撑结构的下侧可滑动。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中，夹持构件通过在夹持构件和支撑结构之间延伸的液压活塞缸可滑动。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中，能够与管状元件的壁部分接触的表面设置有减震元件。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中，交叉形支撑结构为X型和/或Y型。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中，所述装置还包括由承载结构承载的提升手段，用于通过提升构件提起支撑结构。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中，承载结构包括浮船。
11.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中，管状元件为风力涡轮机的基桩。
12.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中，提升手段包括起重机。
13.根据权利要求7所述的装置，其中，减震元件包括橡胶覆盖物。
14.一种用于使具有纵向方向(21)的管状元件(20)在外端竖立的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
-提供了一种根据权利要求1-13中任一项所述的装置(1)；
-使用提升手段通过提升构件(4)提起支撑结构(2a、2b)；
-将装置(1)运送到管状元件(20)的外端；
-将夹持构件(6)沿着梁(2a、2b)从清除位置(A)滑动到夹持位置(B)，以在夹持位置(B)与管状元件(20)的外端的壁部分(20a)联接，在夹持位置(B)，梁(2a、2b)基本上横向于管状元件(20)的纵向方向(21)延伸；
-将与装置(1)联接的管状元件(20)竖立，其中，支撑结构相对于提升构件(4)枢转；
-将与装置(1)联接的管状元件(20)提升到期望位置；以及
-将夹持构件(6)沿着梁(2a、2b)从夹持位置(B)滑动到清除位置(A)，以使装置(1)与管状元件(20)脱离。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，支撑结构利用角度调节手段相对于提升构件主动地枢转。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中，根据管状元件的直径调节从清除位置到夹持位置的距离。
17.一种根据权利要求1-13中任一项所述的装置与联接至所述装置的管状元件的组件。
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