CN115697834A - 桩安装设施及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将桩(10)以竖直定向在目标桩位置上安装到海床中的安装设施及其方法。安装设施包括：船舶(200)，其包括用于储存多个桩(10)的甲板；提升起重机(400)，其固定到船舶；全球定位系统，其用于接收全球定位坐标；船舶运动传感器(8)；以及安装工具(2)，其固定到甲板的外边界，用于将桩安装到海床上。安装工具(2)还包括桩运动传感器(9)和桩夹持器，桩运动传感器用于测量桩相对于目标桩位置处的全球定位坐标的运动，桩夹持器允许抑制桩运动。

Description

桩安装设施及其方法
技术领域
本发明涉及一种用于在海床上安装桩(特别是管状风力涡轮机桩)的安装设施及其方法。
背景技术
在海洋中安装风力涡轮机单桩(MP)，即离岸风力涡轮机的下部结构，已经进行了数十年。参见例如专利公开JP 2001-207948。
如在专利公开WO 2018/117846 A1中举例说明的，MP通常在船舶的甲板上水平运输至其安装地点。当船舶就位并稳定后，将MP提升到竖直位置，然后降低到海床，通常通过使用重型起重机和专用的翻转工具来进行。参见例如WO 2018/117846 A1中的图14。当MP定位在正确位置时，MP通常通过使用锤击工具被锤击到海床中。
为了在提升MP之前实现足够的稳定，通常使用自升式钻塔或自升式船舶。
在安装期间，最重要的是，MP的水平位置和竖直定向都保持在可接受的范围内。
专利公开EP 3’517’479A1描述了一种用于安装MP的装置和方法，其通过将MP布置在篮子形式的翻转工具中而实现了在水平位置和竖直定向上的高精度，该篮子包括两个封闭环，用于将MP从水平运输位置带到竖直定向。此翻转工具与夹持工具一起工作，以保持MP处于控制之下，并且防止MP在下降期间振荡。
这种已知解决方案的一个缺点是其复杂性和重量，因为其需要大量的可移动部件。因此单位成本将较高。
因此，本发明的目的是提供一种替代的安装设施和方法，其可以以较低的复杂性实现所需的水平位置和竖直定向。
本发明的另一目的是提供一种安装设施和方法，其有效地抑制桩在竖直下降期间的动态运动。
本发明的又一目的是提供一种安装设施和方法，其可以在安装期间增加MP的位置数据的控制和冗余。
本发明的又一目的是在最小量的人为干扰下执行成功的到海床上的桩安装。
发明内容
在独立权利要求中阐述本发明并对其特征进行限定，而从属权利要求描述本发明的其他特性。
在第一方面中，本发明涉及一种安装设施，其适于将诸如桩的细长物体以竖直定向安装在海床中或海床上的目标桩位置上。在下文中，相对于目标桩位置处的全球定位坐标来定义竖直定向。细长物体/桩优选地是具有内直径ID和外直径OD的直管。
安装设施包括具有纵向中心轴线的桩，优选地是沿着整个桩长度为中空的管的形式；船舶，其包括用于储存多个桩的甲板；提升起重机(lifting crane)，其固定到船舶并且能够从甲板上的储存位置提升桩；全球定位系统，其用于从导航系统接收全球定位坐标；以及船舶运动传感器，其优选地为船舶加速度计，安装在船舶上用于测量在海上操作期间的船舶的偏移(通常为升沉、涌动和俯仰)和旋转(通常为翻滚、偏航和摇摆)。
导航系统的实例是全球导航卫星系统、本地三点导航或其组合。
船舶运动传感器包括允许测量数据的发射的船舶运动数据发射器。
安装设施还包括安装工具，安装工具固定到甲板的外边界，使得当桩相对于海床/全球坐标竖直定向时，桩位于甲板边界的外部。
安装工具包括(优选地能移除地)固定到桩的上端的悬挂结构(suspendingstructure，悬吊结构)、适于至少测量桩相对于目标桩位置处的全球定位坐标的位置和方向的桩运动传感器，以及适于在桩竖直下降期间将桩保持在期望的水平位置的桩夹持器。
悬挂结构包括用于(能移除地或不能移除地)固定由提升起重机操纵的一条或多条起重机缆索的第一端的装置。
桩运动传感器包括桩运动数据发射器，桩运动数据发射器允许测量数据的发射，并且优选地安装在悬挂结构和桩中的至少一者上。
此外，桩运动传感器优选地是桩加速度计，该桩加速度计能够测量速度向量，甚至更优选的是测量速度向量和加速度向量两者。然后，通过对测量的速度向量进行积分和/或对测量的加速度向量进行二重积分，获得相对于全球坐标的期望的桩位置。
桩运动传感器可以另外地或替代地布置在其他位置，例如在船舶上和/或在桩夹持器上，并且可以通过例如激光测量来实现期望的桩定向。然而，这种定向测量被认为是较差的，因为可能难以检测桩在安装期间的快速变化的移动/不稳定性。
桩夹持器包括：桩封闭结构，其配置为将桩的外周的至少一部分封闭在封闭空间内，优选地，超过外周的50％，更优选地，超过例如整个外周的80％；桩夹持器定位系统，其配置为在桩封闭结构处于关闭位置时在朝向海床竖直下降期间水平地重新定位桩；以及控制系统，其配置为基于从船舶运动数据发射器和桩运动数据发射器接收的测量数据来调节桩夹持器定位系统。控制系统的调节被设定成稳定/控制/抑制桩在竖直下降期间的任何运动，使得运动保持在距目标桩位置的全球定位坐标的预定水平公差范围内。这种不期望的运动通常是钟摆运动。因此，目的是充分平衡运动，以避免在安装期间允许产生过大的力。
桩封闭结构可以包括至少一个接收臂，至少一个接收臂可在打开位置和关闭位置之间移动，在打开位置中，形成通向封闭空间的等于或大于桩的外直径的桩接收开口，在关闭位置中，桩接收开口至少部分关闭，并且优选地完全关闭。
在本发明的一个实施方式中，桩夹持器定位系统的至少一部分是力受控的(forcecontrolled)，即，其中诸如液压缸和/或线性致动器的部件正施加可控制的力。此外，在此实施方式中，控制系统的至少一部分构成力控制系统，其允许设定和控制力受控的桩夹持器定位系统的力。具体地，力控制系统可以配置为从桩运动传感器接收测量的速度向量数据和/或测量的加速度向量数据(即，包括幅度和方向两者)，并且通过积分将来自桩运动传感器(以及替代地还有船舶运动传感器)的测量数据转换成具有大小和方向的力向量，力向量允许经由力受控的桩夹持器定位系统实现桩的运动的期望稳定。
在本发明的另一示例性构造中，桩封闭结构包括两个接收臂，两个接收臂跨过以封闭空间为中心的竖直镜像平面相对于彼此镜像对称地布置。
在本发明的又一示例性构造中，桩夹持器定位系统包括：一个或多个第一移位装置，例如液压缸，其配置为在桩夹持器的位置处使桩封闭结构沿垂直于船舶的船体的方向移位；以及一个或多个第二移位装置，例如液压缸，其配置为使桩封闭结构以垂直于甲板的旋转轴线旋转。在此实施方式中，桩封闭结构的最终自由度因此是第一移位装置和第二移位装置的重叠。第一移位装置和/或第二移置装置可以直接作用在桩封闭结构上，或经由桩封闭结构支撑于其上的支撑结构而作用。
在本发明的又一示例性构造中，桩夹持器定位系统包括可独立移位的两个第一移位装置，其配置为使桩封闭结构沿垂直于船舶的船体的方向移位，其中，两个第一移位装置(直接或间接地)固定到桩封闭结构的从甲板垂直延伸的相对两侧。如果这两个第一移位装置移位不同的长度，则桩封闭结构将以垂直于甲板的旋转轴线旋转。
在本发明的又一示例性构造中，桩夹持器还包括布置在桩封闭结构内(即，当一个或多个接收臂处于关闭位置时，在桩封闭结构的面向桩的一侧上)的多个桩支撑装置，桩支撑装置适于在下降期间抑制桩在封闭空间内的运动。优选地，当桩布置在桩封闭结构中时，这些桩支撑装置在桩封闭结构延伸的平面中围绕桩的圆周对称地放置。此外，在此示例性构造中，桩夹持器定位系统包括多个移位装置，多个移位装置在封闭结构和该多个桩支撑装置之间联接，以允许桩支撑装置在接触位置和缩回位置之间移位，在接触位置中，每个桩支撑装置的至少一部分将压力施加到桩的外壁上，在缩回位置中，每个桩支撑装置不将压力施加到桩的外壁上或将微不足道的压力施加到桩的外壁上。
在本发明的又一示例性构造中，每个桩支撑装置包括：一个或多个竖直桩移位轮，其具有平行于由桩封闭结构(即，在封闭空间内)设定的桩夹持器平面APG的旋转轴线；以及一个或多个水平桩移位轮，其具有垂直于桩夹持器平面APG的旋转轴线。在此示例性构造中，该多个桩支撑装置可以进一步配置为经由移位马达使竖直桩移位轮和水平桩移位轮相对于彼此移位，使得当处于接触位置时，竖直桩移位轮或水平桩移位轮或两者将压力施加到桩的外壁上。
在本发明的又一示例性构造中，安装工具还包括可旋转翻转工具，可旋转翻转工具具有平行于船舶甲板并且优选地沿着船舶的纵向方向(即，沿着船首-船尾方向)的旋转轴线。翻转工具和桩夹持器优选地是分开的单元，从而允许独立的操作。
在此示例性构造中，翻转工具包括细长构件和端部支撑件，该端部支撑件配置为支撑桩的桩下端。端部支撑件固定到细长构件的下端，在海上操作期间通常在吃水线下方。上桩支撑件优选地固定到细长构件的上端，以在翻转/安装期间在桩的纵向方向上提供额外的支撑。上桩支撑件可以以平行于甲板的旋转轴线旋转。此外，桩夹持器可以相对于可旋转翻转工具定位在距端部支撑件一段距离Due处。
在本发明的又一示例性构造中，桩夹持器经由紧固结构以平行于甲板且优选地沿着船舶的纵向方向的旋转轴线旋转地联接到船舶。
在本发明的又一示例性构造中，提升起重机包括起重机臂，起重机缆索的第二端在固定点处固定到该起重机臂上。安装设施还可以包括起重机运动传感器，起重机运动传感器适于至少测量固定点相对于由导航系统获取的目标桩位置处的全球定位坐标的水平位置。对于船舶和桩运动传感器，起重机运动传感器优选地是加速度计，该加速度计允许至少测量速度向量，并且更优选地还测量加速度向量。因此，通过(从速度向量数据)单重积分或(从加速度向量数据)二重积分来获得水平位置。
在本发明的又一示例性构造中，安装设施还包括一个或多个翻转绞盘、一条或多条绞盘缆索、一个或多个配置为测量绞盘缆索中的张力的张力传感器(例如，负载传感器)以及一个或多个允许发射由张力传感器测量的张力数据的翻转绞盘发射器。这些数据可以例如被传输到桩夹持器的控制系统和/或专用绞盘控制系统以进行进一步处理。一条或多条抗风索在一端处固定到悬挂结构，并且在相对端处固定到翻转绞盘。该一个或多个张力传感器可以例如在绞盘缆索的端部和悬挂结构之间连接。
在第二方面中，本发明涉及一种使用根据以上描述的安装设施的安装方法。
该方法包括以下步骤：
A.在继续该方法之前，将桩封闭结构的至少一个接收臂移动到打开位置中，或者替代地控制桩夹持器处于打开位置中，
B.将桩相对于安装在甲板上的桩夹持器对准，使得桩的纵向中心轴线与穿过桩接收开口的中心(并且因此也穿过桩封闭结构/封闭空间的中心)的轴线相交，
C.通过使用提升起重机使桩倾斜，直到桩的纵向轴线已经达到如针对以上第一方面所限定的竖直定向，其中，通过从桩运动传感器发射的测量数据，优选地以速度和/或加速度向量数据的形式，至少(连续地和/或以设定的时间间隔)监测桩的纵向中心轴线相对于该竖直定向的定向，
D.将桩封闭结构的至少一个接收臂移动到关闭位置中，
E.将桩朝向目标桩位置降低(优选地通过使用提升起重机)同时使用桩运动传感器和船舶运动传感器中的至少一者(连续地和/或以设定的时间间隔)监测桩的运动，
F.如果在下降期间，桩在关闭的桩封闭结构内的运动被测量为在以上针对第一方面提到的预定水平公差范围之外，则将指令信号传输到桩夹持器的控制系统，以经由桩夹持器定位系统调节桩封闭结构，以便迫使桩的运动处于预定水平公差范围内。
在本发明的第二方面的示例性构造中，安装设施还包括锤击结构，该锤击结构包括悬挂装置，以在一端处悬挂一条或多条起重机缆索的第一端。
对于此示例性构造，该方法还可以包括以下步骤：
G.移除悬挂结构，例如通过使用提升起重机，
H.经由悬挂装置将锤击结构悬挂在一条或多条起重机缆索的端部上，
I.将锤击结构的与悬挂装置相对的端部布置在桩的上端上，例如通过使用提升起重机，以及
J.在桩的上端上施加重复的冲击力，以将下端锤击到海床中。
锤击结构优选地包括在与悬挂装置相对的端部处的插入部分，该插入部分设计成在桩的上端的中空部分内产生紧密配合。
在第二方面的另一示例性构造中，桩夹持器还包括多个布置在桩封闭结构内的桩支撑装置，桩支撑装置适于在桩下降期间抑制桩在封闭空间内的运动。
桩夹持器定位系统包括多个移位装置，该多个移位装置在封闭结构和该多个桩支撑装置之间联接，以允许桩支撑装置在接触位置和缩回位置之间移位，在接触位置中，每个桩支撑装置的至少一部分将压力施加到桩的外壁上，在缩回位置中，每个桩支撑装置不将压力施加到桩的外壁上或将微不足道的压力施加到桩的外壁上。
对于此示例性构造，该方法的步骤D还包括通过将指令信号传输到控制系统以通过使用移位装置将桩支撑装置从缩回位置移位到接触位置而将桩锁定在桩封闭结构内(或至少显著地限制桩的运动)的步骤。桩优选地被锁定/限制为其纵向中心轴线与封闭空间的中心轴线对准。
在第二方面的又一示例性构造中，每个桩支撑装置包括竖直桩移位轮和水平桩移位轮(也表示为旋转移位轮)，竖直桩移位轮具有平行于由桩封闭结构/封闭空间设定的桩夹持器平面APG的旋转轴线，水平桩移位轮具有垂直于桩夹持器平面APG的旋转轴线。
对于此示例性构造，该多个桩支撑装置还可以配置为经由移位马达使竖直桩移位轮和水平桩移位轮相对于彼此移位，使得当处于接触位置时，竖直桩移位轮或水平桩移位轮或两者将压力施加到桩的外壁上。
仍然对于此示例性构造，该方法的步骤D还可以包括：
-向控制系统发射指令信号，以经由桩夹持器定位系统调节桩移位轮，使得只有水平桩移位轮将压力施加到桩上，并且
-向控制系统发射指令信号，以经由桩夹持器定位系统的水平移位轮马达使桩围绕其纵向中心轴线旋转一角度。
在桩夹持器的关闭位置中，桩在封闭结构内旋转的一个目的是使桩上的缆索连接点或缆索开口定向，以便有助于与形成海底配电网络的一部分的外部电力和/或通信电缆的连接，例如在风力涡轮机海上公园中。
在第二方面的又一示例性构造中，提升起重机包括起重机臂，一条或多条起重机缆索的第二端在固定点处固定到该起重机臂上，并且安装设施还包括布置在起重机臂上的起重机运动传感器。对于此示例性构造，该方法的步骤E还包括：
-测量固定点相对于导航系统接收的全球定位坐标的水平位置，
-将固定点的水平位置与在一个或多个竖直位置处(例如在桩夹持器平面APG内)测量的桩的水平位置相减，
-如果相减的结果在预定差值公差范围之外，则向控制系统发射指令信号，以调节经由桩夹持器定位系统的桩的水平位置和经由提升起重机的固定点的水平位置中的至少一者，直到相减的结果处于预定差值公差范围内。
在第二方面的又一示例性构造中，安装工具还包括可旋转翻转工具，翻转工具具有平行于甲板并且优选地沿着船舶的纵向方向(船首-船尾)的旋转轴线。
翻转工具包括细长构件和端部支撑件，端部支撑件配置为支撑桩的桩下端。端部支撑件(例如，以平行于甲板的旋转轴线旋转地)固定到细长构件的下端。对于此示例性构造，该方法的步骤B还可以包括将桩布置到可旋转翻转工具中，使得桩的纵向中心轴线平行于细长构件，并且桩下端被支撑到端部支撑件中。此外，该方法的步骤C还可以包括使翻转工具与其中支撑的桩倾斜。
在第二方面的又一示例性构造中，预定水平公差范围根据桩的下端与海床之间的竖直距离而变化。例如，预定水平公差范围可以随着所述竖直距离缩短而逐渐减小。
在第三方面中，本发明涉及一种稳定方法，其使得通过使用根据第一方面的上述安装设施而能够在桩朝向海床竖直下降期间使桩的运动稳定。
该稳定方法包括以下步骤：
-从导航系统接收全球定位坐标，导航系统例如是全球导航卫星系统或本地三点导航系统或其组合，
-基于船舶的位置处的全球定位坐标和船舶定位坐标来设定参考状态数据，
-将参考状态数据传输到船舶的动态定位系统，
-使用动态定位系统调节船舶坐标，直到实现相对于全球定位坐标在预定接受范围内的船舶状态数据，
-将船舶状态数据设定为输入参考数据，
-利用初始桩状态数据校正所述输入参考数据，以获得初始设定值，
-将初始设定值传输到控制系统，
-基于初始设定值(例如，通过使用欧拉-拉格朗日方程)和安装设施的模型(例如，2D或3D双摆模型)来计算初始指令数据(通常为力校正指令数据)，所述安装设施的模型迫使桩的运动接近或进入预定水平公差范围，
-基于初始指令数据激活桩夹持器定位系统，
-通过使用来自桩运动传感器的测量数据、来自诸如附加质量、波浪、水流、风等外力的测量和/或模拟干扰数据以及诸如长度、直径和质量的桩的结构数据，找到新的桩状态数据，该新的桩状态数据包括水平位置和相对于竖直定向的定向，
-利用新的桩状态数据校正所述输入参考数据以获得新的设定值，
-将新的设定值传输到控制系统，
-计算新的指令数据(通常为力校正指令数据值)，该计算是基于所述新的设定值和安装设施的模型(例如，通过使用欧拉-拉格朗日方程和/或通过使用双摆模型)，其促使桩的运动处于预定水平公差范围内稳定，并且
-基于从控制系统接收的所计算的新指令数据，激活桩夹持器定位系统。
对于第一方面和第二方面，所述一个或多个运动向量优选地测量速度向量和/或加速度向量，并且通过积分获得位置/定向。
应注意，状态数据可以涉及向量/矩阵(幅度和方向)，例如速度、加速度、力等。
在第三方面的示例性构造中，该方法还包括以下步骤：
-将船舶数据或船舶状态数据传输到提升起重机的起重机控制系统，
-基于起重机状态数据和向量状态数据计算初始输入参考数据，
-利用初始桩状态数据校正初始输入参考数据以实现初始设定值，以及
-将初始设定值传输到控制系统和/或起重机控制系统。
在第三方面的另一示例性构造中，该方法还包括以下步骤：
-基于船舶数据或船舶状态数据调节提升起重机的升沉补偿系统，以使桩的竖直位置相对于船舶的竖直位置保持稳定在预定竖直公差范围内，或者替代地迫使桩的竖直位置进入此预定竖直公差范围内。
在第三方面的又一示例性构造中，提升起重机包括起重机臂，一条或多条起重机缆索(或允许经由悬挂结构悬挂桩的任何其他装置)的第二端在固定点处固定到该起重机臂上。安装设施还包括起重机运动传感器，例如起重机加速度计，起重机运动传感器布置在起重机臂上，用于至少测量固定点相对于参考状态数据的水平位置。
替代地或另外地，可以通过测量最外臂的角度并且使用来自船舶运动传感器的测量数据来计算水平位置。
对于此示例性构造，该方法还可以包括以下步骤：
-将船舶坐标或船舶状态坐标传输到提升起重机的起重机控制系统，
-测量固定点的水平位置，
-将固定点的水平位置与桩在沿着桩的纵向中心轴线的一个或多个位置处的水平位置相减(或以任何其他方式校正)，该一个或多个位置例如在由桩封闭结构设定的平面中，
-将相减/校正的结果传输到桩夹持器的控制系统和/或起重机控制系统，
-基于相减/校正的结果，为桩夹持器定位系统和/或起重机臂上的一个或多个移位装置来计算初始指令数据，以使相减的结果最小化(或优化校正的结果)，以及
-基于来自桩夹持器的控制系统和/或起重机控制系统的指令，激活桩夹持器定位系统和/或起重机臂上的一个或多个移位装置。
在第四方面中，本发明涉及一种计算机可读介质，该计算机可读介质上存储有计算机程序，该计算机程序包括用于执行上述第三方面的稳定方法的指令。
附图说明
以下附图描绘了本发明的替代方式，并且被附加以便于理解本发明。然而，附图中公开的特征仅用于说明性目的，而不应以限制性意义来解释。
图1示出了根据本发明的安装设施和根据本发明的安装过程的初始阶段，其中图1A示出了将甲板上的多个桩运输到安装地点的船舶，图1B示出了从水平到竖直定向的翻转过程的中间阶段。
图2示出了根据本发明的安装过程的中间阶段，其中竖直定向的桩布置在翻转工具的桩夹持器内。
图3示出了构成本发明安装设施的一部分的桩夹持器，竖直定向的桩布置在该安装设施中，其中图3A和图3B分别示出了处于打开位置和关闭位置的桩夹持器。
图4示出了根据本发明的安装过程的另一中间阶段，其中竖直定向的桩布置在如图3B所示的闭合的桩夹持器内，其中图4A示出了闭合的桩夹持器的透视图，并且图4B示出了在水平面中锁定桩的桩支撑装置的详图。
图5示出了根据本发明的安装过程的另一中间阶段，其中图5A示出了从前方看的船舶，并且图5B示出了桩的下端支撑于其上的翻转工具的端部支撑件的详图。
图6示出了从上方看的图3至图5的桩夹持器，其中图6A和图6B示出了围绕垂直于船舶甲板的旋转轴线沿两个不同方向倾斜的桩夹持器，图6C和图6D示出了分别处于平行于船舶甲板的缩回位置和延伸位置的桩夹持器。
图7示出了根据本发明的安装过程的又一中间阶段后面的安装设施，其中翻转工具的端部支撑件已经从桩的下端移除，其中图7A和图7B分别示出了水平移位之前和之后的桩。
图8示出了根据本发明的安装过程的又一中间阶段，其中通过使用附接到桩的上端的提升起重机将桩朝向海床竖直地降低。
图9示出了根据本发明的安装过程的又一中间阶段，其中桩在桩夹持器内围绕其纵向中心轴线旋转。
图10示出了根据本发明的安装过程的又一中间阶段，其中桩与海床接触。
图11示出了根据本发明的安装过程的又一中间阶段，其中桩的下端由于其重量而已经自穿透到海床下方一段距离。
图12示出了根据本发明的安装过程的最终阶段，其中图12A示出了在桩的上端处移除悬挂结构，并且图12B示出了在相同的桩位置处插入锤击结构。
图13示出了根据本发明的安装过程的另一最终阶段，其中使用锤击结构将桩在海床下方进一步穿透。
图14示出了根据本发明的稳定方法的流程图，其示出了在安装过程期间所涉及的数据通信和控制系统。
图15示出了基于钟摆原理的竖直度的调节。
具体实施方式
下面将参考附图更详细地讨论本发明的实施方式。然而，应理解，附图不旨在将本发明限制于附图中所描绘的主题。
将桩10从船舶200的甲板205安装到海床30上可分成以下操作阶段：
1.(图1)A，首先，翻转阶段，其中桩10最初从甲板205上的桩架12提升，并且经由高度可控的桩台11布置在安装工具1中。桩10随后从水平位置倾斜到竖直位置，在水平位置处，桩长度的大部分布置在甲板205的边界内，在竖直位置处，完全布置在甲板205的边界之外。在图1所示的实例中，桩10的倾斜(翻转)发生在专用的翻转工具3中，以提供足够的支撑。倾斜过程所必需的力主要由安装在船舶200上的提升起重机400提供。提升起重机400经由一个或多个起重机缆索403固定到桩10的上端10a上的悬挂结构4。在此初始阶段，桩的下端10b支撑在翻转工具3的端部支撑件3a上，以防止在翻转到竖直定向期间不期望的竖直桩运动。
2.(图2至图5)第二水平对准阶段，其中桩10已经相对于其纵向中心轴线竖直定向，并且通过以下方式进一步稳定/锁定在水平面中：
o使用安装工具1的桩夹持器2封闭桩10的圆周，以及
o水平地移位多个桩支撑装置(PSD)2c、2d，使得每个PSD 2c、2d的竖直移位轮/滚动装置2c围绕桩10的圆周对称地接触桩10的外壁。这些竖直移位轮2c中的每一个具有水平定向的旋转轴线，从而使得能够实现桩10的竖直移位和水平限制。
3.(图6至图7)第三释放和移位阶段，其中首先将翻转工具3的端部支撑件3a从桩下端10b移除，使桩10悬挂在提升起重机400中，其次使用包括一组液压缸和/或线性致动器2f、2g的桩夹持器2的桩夹持器定位系统2e-2i将桩10水平地移位远离船舶的甲板205(并且因此也远离端部支撑件3a)。
4.(图8)第四竖直移位阶段，其中桩10相对于第三阶段的竖直位置朝向海床30竖直降低一段距离L4。
5.(图9)第五旋转阶段，其中
o将允许桩竖直移位的PSD的竖直移位轮或竖直移位滚动装置2c缩回，
o使PSD的旋转移位轮/滚动装置2d前进，使得旋转移位轮2d围绕桩10的圆周对称地接触桩10的外壁，其中，每个旋转移位轮2d具有允许桩10围绕其纵向中心轴线旋转运动的竖直旋转轴线，并且
o通过使用旋转移位轮马达2i使旋转移位轮2d旋转来使桩10旋转。
接受桩竖直运动的竖直移位轮2c和使得能够进行桩旋转运动的旋转移位轮2d的相对移位可以由专用的移位马达执行。至少旋转移位轮2d的表面应当被制成提供足够的摩擦以实现期望的桩旋转。
6.(图10)第六竖直移位阶段，其中桩10进一步下降，直到桩10的下端10b邻近或接触海床30。
7.(图11)第七自穿透阶段，其中桩10由于桩10的自重而穿透一段距离L7进入海床30。
8.(图12至图13)第八锤击阶段，其中位于桩的上端上的悬挂结构由锤击结构7代替，从而允许将桩10锤击到海床30中一段距离L8。应注意，图13示出了仅部分地穿透海床30的桩10。为了在安装之后实现足够的桩稳定性，穿透长度相对于总桩长度的百分比通常显著更高。
如果没有以其他方式指定，则本文相对于全球定位坐标定义方向“水平”和“竖直”。
实施上述操作阶段的主要目的是使得能够在距全球水平坐标的可接受的水平范围内并且在距全球竖直坐标的桩的纵向中心轴线的可接受的定向内将桩10安装在海床30上的预定桩目标位置30a上。
为了实现成功的安装，即在可接受的范围内，可将主要目的分成三个子目的：
1.确保桩10的位置和运动针对船舶200的运动被连续地补偿(即，将船舶运动从桩运动中剥离)。
2.确保桩10的任何钟摆运动被充分抑制，特别是避免在操作期间在安装工具1上累积危险的力。
3.确保桩10的下端10b以足够的竖直和水平精度在目标桩位置30a处撞击并穿透海床30。
水平精度(子目的1)的重要性，以及由此频繁且精确测量的重要性，以及随后的可能的调节，通常随着桩下端10b接近目标海床位置30a而增加。对位置和方向精度的要求的增加不仅需要增加测量的数量和精度，而且需要增加确保高数据可靠性的需要。
当桩下端10b浸没在水面20下方时，管状桩30(其通常用于海上设施，例如风力涡轮机)外部和内部的周围的水增加了惯性力，从而从竖直度上抑制了任何连续的桩运动。
因此，虽然当接近海床30时，由于与期望的水平和竖直桩坐标(子目的1和3)的静态偏差而可能增加对水平和竖直校正的需要，但是在相同的操作期间，通常当桩10的下端10b到达水面20和海床30时，可能突然降低对调节诸如钟摆运动的动态运动(子目的2)的需要。
这些不同的要求影响桩夹持器2需要转移到桩30的外壁以实现所有子目的(并且因此也实现主要目的)的力的大小。
下面将更详细地描述不同的安装阶段：
再次参考图1，翻转工具3包括细长构件3c、可旋转地安装在细长构件3c的下端上并且配置为接收和支撑桩10的下端10b的端部支撑件3a，以及可旋转地安装在细长构件3c的上端上并且配置为在桩夹持器2上方的位置处支撑桩10的外壁的上支撑件3a。
在安装的第一阶段中，将平行于甲板205布置的多个桩中的一个放置在高度可调节的桩台11上，使得桩10的纵向中心轴线与桩夹持器2的桩封闭结构2a、2b的中心轴线和细长构件3的纵向轴线相交。在此阶段中，至少翻转工具3已经旋转到上支撑件3b靠近甲板205和桩台11的位置，并且优选地使得细长构件3c平行于或接近平行于甲板205。
然后，桩10在沿着细长构件3c的方向上移位，直到下端10b被支撑在端部支撑件3a上或其中。上支撑件3a被定向/移位，使得桩10搁置在上支撑件3a的接触表面上。
除了起重机缆索403之外，悬挂结构4可以附接到绞盘缆索6的一端，其另一端固定到诸如拖带绞盘的合适的翻转绞盘5。这种绞盘系统5、6可以包括诸如负载传感器的张力传感器，张力传感器在悬挂结构4和绞盘缆索6之间连接，以使得能够在翻转过程期间进行张力测量。
安装的第二阶段包括当桩10相对于全球竖直坐标达到足够的竖直度时，将桩10稳定在桩夹持器2内的水平位置。
如图3和图4最佳示出，这种水平稳定性是通过将桩封闭结构2a、2b围绕桩10的外圆周壁闭合来实现的。桩封闭结构2a、2b包括两个可移动臂2a，两个可移动臂的端部可旋转地连接到两个固定臂2b的相应端部，其中，臂2a、2b在共同的桩夹持器平面APG中延伸。当可移动臂2a处于关闭位置时，两个可移动臂2a和两个固定臂2b形成直径等于或大于桩10的外直径OD的封闭空间。当可移动臂2b处于完全打开位置时，形成通向桩封闭结构2a、2b的桩接收开口，该桩接收开口在桩夹持器平面APG中的尺寸等于或大于外直径OD。
臂2a的旋转运动通过臂移位装置2h(例如液压缸和/或线性致动器)来实现。
桩封闭结构2a、2b支撑在线性支撑结构21上，该线性支撑结构包括两个直臂2l，这两个直臂在桩封闭结构2a、2b的两侧上从相应的枢转结构2m延伸，其中旋转轴线垂直于甲板205。
现在具体参考图6，可以看到，线性支撑结构2l通过枢转结构2m的旋转允许桩封闭结构2a、2b在船舶200的纵向方向上移位。这种旋转由液压缸和/或线性致动器2g致动，该液压缸和/或线性致动器相对于线性支撑结构2l的两个臂成角度地布置，其中一个端部连接到将桩夹持器2固定到甲板205的紧固结构2k，并且相对端固定到相应的直臂2l。紧固结构2k可以旋转地固定到甲板，其中旋转轴线平行于甲板205。
另外，可以看到，两个直臂21的长度可通过使用移位装置2f来调节，该移位装置包括与臂21平行布置的液压缸或线性致动器，其中一个端部连接到固定结构2k，并且相对端连接到相应的直臂2l。
现在具体参考图4，桩夹持器2还包括多个桩支撑装置(PSD)2c、2d，多个桩支撑装置允许将桩10锁定在桩封闭结构2a、2b内的中心位置中。PSD 2c、2d旋转对称地布置在桩封闭结构2a、2b的封闭空间内。每个PSD 2c、2d包括竖直桩移位轮2c和水平桩移位轮2d，其分别具有平行于和垂直于桩夹持器平面APG的旋转轴线。此外，每个PSD固定到PSD移位装置2e的一端，该移位装置再次旋转对称地固定到桩封闭结构2a、2b，从而使得PSD 2c、2d能够在桩夹持器平面APG内从缩回位置和接触位置移位，在缩回位置，PSD 2c、2d的轮不接触安装在封闭空间中的桩10，在接触位置，竖直桩移位轮2c和/或水平/旋转移位轮2d接触桩10。每个PSD 2c、2d中的每个旋转移位轮2d固定到允许机动旋转的旋转移位轮马达2i。
此外，每个PSD 2c、2d包括用于使竖直桩移位轮2c和旋转移位轮2d相对移位的另一移位马达。该移位马达配置为使得在接触位置中，两种类型的轮2c、2d可以缩回/前进，以便桩夹持器2的控制系统控制哪种类型的轮2c、2d应当将压力施加到桩10的外壁上。
一个或多个臂移位装置2h使得桩封闭结构2a、2b的臂2a能够旋转，移位装置2f、2g使得线性支撑结构21的直臂能够进行旋转运动和平移运动二者，PSD移位装置2e使得PSD2c、2d能够移位，并且旋转移位轮马达2i使得旋转移位轮2d能够机动旋转，所有这些构成了可由桩夹持器2的控制系统控制的桩夹持器定位系统2e-2i的部分。
参考图7，安装的第三阶段包括使用平行于线性支撑结构21的直臂布置的移位装置2f，以当已经通过由提升起重机400提升桩10或向下旋转端部支撑件3a或两者的组合而从桩下端10b移除翻转工具3的端部支撑件3a时，使桩封闭结构2a、2b以及因此还有竖直定向的桩10进一步远离甲板205移位。此外，在此阶段，上支撑件3b向上倾斜以释放其在桩10的外壁上的支撑。
在完成第三阶段之后，桩10仅经由悬挂结构4悬挂在起重机缆索403中。因此可以开始第四阶段，其中PSD 2c、2d的竖直桩移位轮2c在桩的外壁上施加压力以稳定/锁定桩的水平位置，随后通过使用提升起重机400而使桩10朝向海床30下降。在图8所示的特定实例中，在开始可选的第五阶段之前，桩10下降一定距离L4；如上所述，桩10围绕其纵向中心轴线C旋转。旋转的目的可以是将形成海底电力分配网络的一部分的外部电力和通信电缆与桩10内的相应连接点/开口对准。
当到达桩10的期望旋转位置时，第六阶段开始，其中桩10的下降继续，直到下端10b邻近或接触海床30的目标桩位置30a，参见图10。第七阶段，由于桩10的自重，然后将发生在海床30下方距离L7处的自穿透。
作为最后的第八阶段，迫使桩10进一步进入海床30以产生稳定的固定。如图12中举例说明的，通过使用提升起重机400将上端10a处的悬挂结构4替换为锤击结构7来实现此阶段。锤击结构7在图12中被描绘为圆柱形的块，其中块的一端包括连接到起重机缆索403的一端的装置。该块的包括相对端的一段具有减小的直径，其可插入到桩上端10a的中空部分中。为了使得能够进行锤击，包括附接到起重机缆索403的一端的另一段应当具有大于桩的内直径ID的直径，并且优选地大于外直径OD。
安装船舶200包括一个或多个船舶运动传感器8，其允许测量船舶200在海上的运动，例如旋转运动(翻滚、俯仰、偏航)和平移运动(升沉、摇摆、涌动)。船舶运动传感器8优选地是允许测量速度向量和加速度向量的加速度计类型。因此，可以通过测量数据的单重积分或二重积分来获得位置数据。
一个或多个船舶运动传感器8构成船舶200上的动态定位系统(DP)的一部分，使得能够访问关于桩夹持器2的控制系统的船舶动态的连续(或接近连续)信息。作为对船舶运动的这些输入数据的响应，控制系统激活形成桩夹持器2的定位系统2e-2i的一部分的液压缸和/或线性致动器，以保持桩的水平位置相对于海床静止。因此，在操作期间，桩夹持器2的控制系统确保涉及桩10的水平位移的任何运动变得独立于(或几乎独立于)涉及船舶的水平位移的运动。因此，一个或多个船舶运动传感器8和桩夹持器2的控制系统之间的数据通信使得可能达到子目的1。
然而，由桩夹持器2仅基于船舶运动传感器测量进行的运动补偿不能在期望的精度内实现子目的2和3，因为船舶补偿本身不考虑桩10超出其在桩夹持器2内的水平位置的任何不对准。这些不期望的不对准可能是在安装过程的部分期间施加到桩10上的外力的结果，通常是波浪、水流、风和附加的质量。也可以设想其他外力，例如地震或起重机、桩夹持器等上的机械不稳定性。
为了执行也考虑了子目的2和3的桩安装，并且特别是为了安装阶段三至六，将一个或多个桩运动传感器9、9a、9b安装在桩10上和/或安装在桩上端10a处的悬挂结构4上。两种构造在图7中举例说明，其中桩运动传感器9、9a、9b紧固在悬挂结构4的顶部上和上端10a附近的外壁上。
对于船舶运动传感器8，桩运动传感器9可以配置为测量许多静态和动态数据，包括桩10的纵向中心轴线C相对于全球竖直坐标的定向。对于来自船舶运动传感器8的测量数据，来自桩运动传感器9的测量数据经由发射器发送到桩夹持器2的控制系统，该控制系统然后计算指令数据并将其传输到桩夹持器定位系统2e-2i内的各种力和/或位置可调节部件，以执行必要的调节，从而使上述桩不对准最小化。不对准可以包括静态不对准，即，与期望的水平位置和竖直定向的稳定或接近稳定的偏移(子目的3)，以及由于例如在朝向海床30下降期间引起的摆桩运动而导致的连续变化的不对准，即，第三阶段至第八阶段，特别是第三阶段至第六阶段(子目的2)。
如将在下面解释的，桩夹持器2的控制系统配置为从船舶200、提升起重机400和桩10的相关数据(通常是测量、估计和结构数据的组合)接收输入向量/矩阵，并且基于为桩夹持器定位系统2e-2i产生新的力向量/矩阵的所选择的安装设施模型和计算方法处理这些输入向量/矩阵。从新的力向量/矩阵减去该力向量/矩阵，并且将结果作为新的一组值传输到桩夹持器定位系统2e-2i的相关液压和/或电气部件，如上所述。
为了稳定桩摆运动，重要的是知道起重机缆索403的固定点405的精确位置坐标。
通常，可以通过计算固定点405相对于由船舶运动传感器8测量的船舶200的位置坐标的水平坐标和竖直坐标来确定固定点405的这些位置坐标。
然而，如图2所示，安装设施100还可以包括一个或多个起重机运动传感器406，其配置为测量固定点405相对于全球水平定位坐标的精确位置。对于船舶运动传感器8和桩运动传感器9，起重机运动传感器406优选地是允许测量固定点405的速度向量和/或加速度向量的加速度计。因此，通过单重积分或二重积分获得固定点的位置。
包括这种起重机运动传感器406的安装设施100是有利的，特别是如果提升起重机400可以执行有助于上述目的的固定点405的受控运动。例如，可以设想这样的提升系统400，其允许在水平方向上和/或在竖直方向上(升沉补偿)的传感器控制的运动，从而对位置起重机状态数据(位置、速度、加速度)的连续/频繁收集设定更高的要求。
特别参考图14所示的流程图和图15所示的双摆模型，现在将更详细地描述用于当朝向海床30下降时稳定桩10的稳定方法：
从全球或本地导航系统接收全球地理位置数据301。将当前的全球地理位置数据301与参考位置进行比较，从而给出参考状态数据302，并且通过将参考状态数据与当前测量的船舶状态数据307进行比较303，将参考状态数据转移到动态位置系统船舶DP系统304。将参考位置定义为船舶200的目标(即，期望)位置。通过将参考状态数据302和当前测量的船舶状态数据307之间的偏移(差)传输到船舶305上的船舶DP系统304，参考状态数据302与测量的船舶状态数据307的比较303给出了船舶位置的期望校正。船舶DP系统304包括船舶运动传感器8，通常为加速度计。在海洋工业中对于加速度计更常用的术语是MRU(运动响应单元)。在一个MRU中可以有一个或多个加速度计，并且可以有一个或多个MRU，所有这些一起包括在船舶运动传感器8中。船舶DP系统304可以是任何种类和品牌的能够控制船舶305的任何系统。由船舶DP系统304控制的船舶305可以具有针对尺寸、吃水深度和构造的任何组合的海洋螺旋桨，例如多个推进螺旋桨螺杆、一个或多个方位推进器、多个隧道推进器，并且具有/不具有舵，其中的一个或多个处于不同组合中，目的是控制船舶的位置、方向和旋转。船舶运动传感器8可以不断地或在短时间间隔内至少测量关于船舶位置的变化的信息，从而使得可能计算所有方向上的当前速度以及计算当前旋转和激励方向、航向、恢复和配平。船舶状态数据307可以包含涉及致动器供电的船舶控制、来自致动器的响应和效果以及船舶305的当前位置、航向、旋转和激励(偏移)的状态数据。当前的船舶当前状态数据307也可以转移到提升起重机306，以便与起重机操作控制系统协同处理。来自提升起重机306的转移数据与起重机绞盘测量系统308和起重机臂测量位置309连续地比较。优选地，利用起重机运动传感器406(通常为加速度计类型)来测量当前的起重机臂位置309。另外地，或替代地，可通过机械和/或光学角度和激励仪器来测量起重机臂位置309。
通过从起重机臂测量系统309传输当前位置并且利用船舶状态数据307计算此当前位置，可以确定构成向桩夹持器2的力控制器312的输入的一部分的输入参考向量310。在起重机臂404的末端处，即在用于起重机缆索403的固定点405处，测量/确定此输入参考向量310。输入参考向量310表示基于桩10和起重机缆索403(包括起重机块和吊钩)以及作用在固定点405上的悬挂结构/提升工具4的重量和惯性在特定方向上所需的合成动力/力。输入参考向量310在数学上是矩阵形式，并且该阵列还可以包括固定点405处的位置、角度、速度和加速度的信息。然而，输入参考向量310通常不包括桩10、起重机缆索403(包括起重机块和吊钩)和提升工具4的钟摆运动的任何影响。
悬挂的桩10、起重机缆索403和提升工具4可以被建模为动态双摆，根据桩夹持器的下水操作处于哪个阶段(参见上文的描述和图15)，在桩10上具有或不具有附加质量(通常作为水柱)，具有或不具有悬挂结构4，并且具有或不具有锤击工具7。
为了控制这种双摆运动并且保持安全、稳定的状态，在桩夹持器2中执行主动补偿力和位置校正。在悬挂的桩10的下端10b即将接触海床30之前，将桩10的竖直倾斜的所需精度设定为高于先前的安装阶段。而且，在此最终阶段，可以将所需的水平精度设定得更高。
在图14中，起重机绞盘测量系统(起重机绞盘MS)308提供关于悬挂结构/提升工具4相对于固定点405的位置的信息。
在稳定方法期间，将以下数据传输到桩寄存器状态向量(MP)318：
-提升起重机状态数据(提升起重机)306，
-起重机绞盘状态数据(起重机绞盘MS)308，
-干扰状态数据(干扰)319，
-结构MP数据320(例如，桩长度(Lp)、内直径(ID)、外直径(OD)和桩的重量(m1)以及
-桩夹持器定位系统(PG系统)317的当前设定位置状态数据。
通过计算这些数据(MP)318，并且加上来自桩运动传感器9、9a、9b的测量数据，确定包括更新的例如桩运动(位置、速度、加速度、力等)的信息的桩状态向量(MP状态向量MS)314。此桩状态向量314向由输入参考向量310给出的期望状态向量提供必要的校正数据。因此使用求和块311计算校正数据。通过在求和块311中将输入参考向量310与测量的桩状态向量314进行比较，确定用于力控制器312的新指令数据。
此外，这些指令数据在求和块313中针对桩夹持器(PG MS)315的测量的状态向量(例如，实际液压缸位置)进行校正，以便实现对液压定位系统316内的液压部件的校正的设定值(例如，校正力)。参考以上关于桩夹持器2的构造的描述，将校正力的值发送到第一移位装置和第二移位装置(通常为液压缸)，替代地，或另外地，发送到PSD移位装置2e和/或旋转移位轮马达2i。
在安装期间，预定水平公差范围的任何变化(包括倾斜公差范围相对于全球竖直坐标的变化)都可以被传输到输入参考向量310。
在以上描述中，已经参考说明性实施方式描述了安装设施的各个方面以及使用安装设施安装和稳定的相关方法。为了解释的目的，阐述了特定的数字、系统和构造，以便提供对该设施及其工作的透彻理解。然而，本描述不旨在以限制性的意义来解释。对于所公开主题所属领域的技术人员来说显而易见的说明性实施方式的各种修改和变化以及该设施的其他实施方式被认为落入本发明的范围内。
参考标号
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Figure BDA0003977367760000261
Figure BDA0003977367760000271
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Claims (15)

1.一种用于将桩(10)以竖直定向在目标桩位置(30a)上安装到海床(30)中的安装设施(100)，所述竖直定向是相对于在所述目标桩位置(30a)处的全球定位坐标来定义的，所述安装设施(100)包括：
●所述桩(10)，具有纵向中心轴线，
●船舶(200)，包括用于储存多个桩(10)的甲板(205)，
●提升起重机(400)，固定到所述船舶(200)，能够提升所述桩(10)，
●全球定位系统，用于从导航系统接收全球定位坐标，
●船舶运动传感器(8)，安装在所述船舶(200)上，用于测量在海上操作期间所述船舶(200)的偏移和旋转，所述船舶运动传感器(8)包括允许传输测量数据的船舶运动数据发射器，以及
●安装工具(1)，固定到所述甲板(205)的外边界，所述安装工具(1)包括：
○悬挂结构(4)，能移除地固定到所述桩(10)的上端(10a)，所述悬挂结构(4)具有用于将一条或多条起重机缆索(403)的第一端固定的装置；
○桩运动传感器(9、9a、9b)，安装在所述悬挂结构(4)和所述桩(10)中的至少一者上，用于至少测量所述桩(10)相对于所述目标桩位置(30a)处的所述全球定位坐标的位置和定向，所述桩运动传感器(9、9a、9b)包括允许传输测量数据的桩运动数据发射器；
○桩夹持器(2)，包括：桩封闭结构(2a、2b)，所述桩封闭结构配置为将所述桩(10)的外圆周的至少一部分封闭在封闭空间内，所述桩封闭结构(2a、2b)包括至少一个接收臂(2a)，该至少一个接收臂能在打开位置和关闭位置之间移动，所述打开位置形成通向所述封闭空间的桩接收开口，所述桩接收开口等于或大于所述桩(10)的外直径，在所述关闭位置中，所述桩接收开口至少部分地闭合；桩夹持器定位系统(2e-2i)，配置为在所述桩(10)竖直下降期间重新水平地定位所述桩；以及控制系统，配置为基于从所述船舶运动数据发射器和所述桩运动数据发射器接收的测量数据来调节所述桩夹持器定位系统(2e-2i)，以将所述桩(10)在竖直下降期间朝向所述海床(30)的运动稳定在距所述目标桩位置(30a)的预定水平公差范围内。
2.根据权利要求1所述的安装设施(100)，其中，所述桩运动传感器(9、9a、9b)是加速度计，所述加速度计允许在所述桩朝向所述海床(30)竖直下降期间测量所述桩(10)的加速度的大小和方向，其中，通过对测量的加速度向量进行二重积分来获得所述桩(10)的位置和定向。
3.根据权利要求1或2所述的安装设施(100)，其中，所述桩夹持器定位系统(2e-2i)的至少一部分是力受控的，并且
-其中，所述控制系统包括力控制系统，所述力控制系统用于设定和控制所述力受控的桩夹持器定位系统(2e-2i)的力，所述力控制系统配置为：
●从所述桩运动传感器(9、9a、9b)接收以下中的至少一者：
○测量的速度向量数据，以及
○测量的加速度向量数据，并且
●将至少来自所述桩运动传感器(9、9a、9b)的测量数据转换成具有促使所述桩(10)的运动稳定的大小和方向的力向量。
4.根据前述权利要求中任一项所述的安装设施(100)，其中，所述桩封闭结构(2a、2b)包括相对于彼此镜像对称地布置的两个接收臂(2a)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的安装设施(100)，其中，所述桩夹持器定位系统(2e-2i)包括：
●第一移位装置(2f)，配置为使所述桩封闭结构(2a、2b)在垂直于所述船舶(200)的船体的方向上移位，以及
●第二移动装置(2g)，配置为使所述桩封闭结构(2a、2b)以垂直于所述甲板(205)的旋转轴线旋转。
6.根据前述权利要求中任一项所述的安装设施(100)，其中，所述桩夹持器定位系统(2e-2i)包括：
●可独立移位的两个第一移位装置(2f)，配置为使所述桩封闭结构(2a、2b)在垂直于所述船舶(200)的船体的方向上移位，其中，所述两个第一移位装置(2f)固定到从所述甲板(205)延伸的所述桩封闭结构(2a、2b)的相对两侧。
7.根据前述权利要求中任一项所述的安装设施(100)，其中，所述桩夹持器(2)还包括
●多个桩支撑装置(2c、2d)，布置在所述桩封闭结构(2a、2b)内，用于抑制所述桩(10)在下降期间在所述封闭空间内的运动，并且其中，所述桩夹持器定位系统(2e-2i)包括：
●多个移位装置(2e)，所述多个移位装置在所述封闭结构(2a、2b)和所述多个桩支撑装置(2c、2d)之间联接，以允许所述多个桩支撑装置(2c、2d)在接触位置和缩回位置之间移位，
○在所述接触位置中，每个桩支撑装置(2c、2d)的至少一部分将压力施加到所述桩(10)的外壁上，
○在所述缩回位置中，每个桩支撑装置(2c、2d)不将压力施加到所述桩(10)的外壁上或将微不足道的压力施加到所述桩的外壁上。
8.根据权利要求7所述的安装设施(100)，其中，每个桩支撑装置(2c、2d)包括：
●竖直桩移位轮(2c)，具有平行于由所述桩封闭结构(2a、2b)设定的桩夹持器平面(APG)的旋转轴线，以及
●水平桩移位轮(2d)，具有垂直于所述桩夹持器平面(APG)的旋转轴线，
其中，所述多个桩支撑装置(2c、2d)还配置为使所述竖直桩移位轮(2c)和所述水平桩移位轮(2d)相对于彼此移位，使得当处于接触位置时，所述竖直桩移位轮(2c)或所述水平桩移位轮(2d)或两者将压力施加到所述桩(10)的外壁上。
9.根据前述权利要求中任一项所述的安装设施(100)，其中，所述提升起重机(400)包括：
●起重机臂(404)，所述起重机缆索(403)的第二端在固定点(405)处固定到所述起重机臂上，并且
其中，所述安装设施(100)还包括：
●起重机运动传感器(406)，用于至少测量所述固定点(405)相对于所述目标桩位置(30a)处的全球定位坐标的水平位置。
10.一种使用根据前述权利要求中任一项所述的安装设施(100)的安装方法，
其中，所述方法包括以下步骤：
A.将所述桩封闭结构(2a、2b)的所述至少一个接收臂(2a)移动到所述打开位置中，
B.将所述桩(10)与所述桩夹持器(2)对准，使得所述桩的纵向中心轴线与穿过所述桩接收开口的中心的轴线相交，
C.通过使用所述提升起重机(400)将所述桩(10)倾斜直到实现所述桩(10)的所述竖直定向，其中，至少所述桩的纵向中心轴线相对于所述竖直定向的定向是通过从所述桩运动传感器(9、9a、9b)传输的测量数据来监测，
D.将所述桩封闭结构(2a、2b)的所述至少一个接收臂(2a)移动到所述关闭位置中，
E.通过使用所述提升起重机(400)朝向所述目标桩位置(30a)降低所述桩(10)，同时使用所述桩运动传感器(9、9a、9b)和所述船舶运动传感器(8)中的至少一者来监测所述桩(10)的运动，
F.如果测量到所述桩(10)在下降期间在所述桩封闭结构(2a、2b)内的运动在所述预定水平公差范围之外，则向所述控制系统发射指令信号以经由所述桩夹持器定位系统(2e-2i)调节所述桩封闭结构(2a、2b)，以迫使所述桩(10)的运动处于所述预定水平公差范围内。
11.根据权利要求10所述的安装方法，其中，所述提升起重机(400)包括：
●起重机臂(404)，所述起重机缆索(403)的第二端在固定点(405)处固定到所述起重机臂上，并且
其中，所述安装设施(100)还包括：
●起重机运动传感器(406)，布置在所述起重机臂(404)上，并且
其中，所述方法的步骤E还包括：
-测量所述固定点(405)相对于全球定位坐标的水平位置，
-将所述固定点(405)的所述水平位置与在一个或多个竖直位置处所测量的所述桩(10)的水平位置相减，
-如果所述相减的结果在预定差值公差范围之外，则向所述控制系统发射指令信号，以调节以下中的至少一者：
经由所述桩夹持器定位系统(2e-2i)调节所述桩(10)的水平位置；以及
经由提升起重机(400)调节所述固定点(405)的水平位置，
直到所述相减的结果处于所述预定差值公差范围内。
12.一种使用根据权利要求1至9中任一项所述的安装设施(100)在将桩(10)朝向海床(30)下降期间使所述桩(10)的运动稳定的稳定方法，其中，所述稳定方法包括以下步骤：
-(301)从导航系统接收全球定位坐标，
-(302)基于所述全球定位坐标和船舶定位坐标来设定参考状态数据，
-(304)将所述参考状态数据传输到所述船舶(200)的动态定位系统，
-(303、305、307)使用所述动态定位系统调节所述船舶定位坐标，直到获得在相对于所述全球定位坐标的预定接受范围内的船舶状态数据，
-(307、310)将所述船舶状态数据设定为输入参考数据，
-(307、310-311、314)利用初始桩状态数据校正所述输入参考数据以获得初始设定值，
-(310-311)将所述初始设定值传输到所述控制系统，
-(312)基于所述初始设定值和所述安装设施(100)的模型计算初始指令数据，所述安装设施的模型迫使所述桩(10)的运动接近或进入所述预定水平公差范围，
-(313、316-318)基于所述初始指令数据激活所述桩夹持器定位系统(2e-2i)，
-(314、315、318)通过至少使用如下项来找到相对于所述竖直定向的新的桩状态数据，
-所述桩运动传感器(9、9a、9b)；
-外力施加到所述桩(10)上的测量和/或模拟的干扰数据；以及
-结构桩数据，
-(311、312)利用所述新的桩状态数据校正所述输入参考数据以获得新的设定值，
-(310-311)将所述新的设定值传输到所述控制系统，
-(316)基于所述新的设定值和所述安装设施(100)的模型来计算新的指令数据，以及
-(313、316-318)基于从所述控制系统接收的计算的新指令数据来激活所述桩夹持器定位系统(2e-2i)。
13.根据权利要求12所述的稳定方法，其中，所述方法还包括以下步骤：
-(306)将所述船舶数据或所述船舶状态数据传输到所述提升起重机(400)的起重机控制系统，
-(310)基于起重机状态数据和向量状态数据计算初始输入参考数据，
-(310-311、314)利用所述初始桩状态数据校正所述初始输入参考数据，以获得初始设定值，以及
-(306、307、309、310、312)将所述初始设定值传输到所述控制系统。
14.根据权利要求12或13所述的稳定方法，
其中，所述提升起重机(400)包括起重机臂(404)，所述起重机缆索(403)的第二端在固定点(405)中固定到所述起重机臂上，并且其中，所述安装设施(100)还包括起重机运动传感器(406)，所述起重机运动传感器布置在所述起重机臂(404)上，用于至少测量所述固定点(405)相对于所述全球定位坐标的水平位置，并且其中
所述方法还包括以下步骤：
-(306)将所述船舶坐标或所述船舶状态坐标传输到所述提升起重机(400)的起重机控制系统，
-(309、310)测量所述固定点(405)的所述水平位置，
-(311、314)将所述固定点(405)的所述水平位置与所述桩(10)在沿着所述桩的纵向中心轴线的一个或多个位置处的水平位置相减，
-(312)将相减的结果传输到所述桩夹持器(2)的所述控制系统和/或所述起重机控制系统，
-(316)基于相减的结果为所述桩夹持器定位系统(2e-2i)计算所述初始指令数据，以及
-(313、316-318)基于来自所述桩夹持器(2)的所述控制系统的指令和/或所述起重机控制系统的指令，激活所述桩夹持器定位系统(2e-2i)和/或移动所述起重机臂(404)。
15.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质上存储有计算机程序，所述计算机程序包括用于执行根据权利要求12至14中任一项所述的方法步骤的指令。
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