CN117321268A - 海上桩柱安装方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于桩柱安装的方法，其中使用用于桩柱安装的船舶。桩柱保持系统安装到船舶的船体，例如船舶的甲板(2)上，桩柱保持系统配置为至少在桩柱通过一个或更多个绞盘驱动缆绳悬挂于起重机的同时将桩柱保持在桩柱安装位置的直立方向上，例如用于安装适于支撑海上风力涡轮机的桩柱，桩柱保持系统包括桩柱保持工具(40)。桩柱保持工具(40)进一步包括阻尼系统，阻尼系统包括至少一个阻尼装置(45)，至少一个阻尼装置安装到基座结构(42)并且在使用中配置为在与由桩柱保持工具的多个桩柱接合定位装置(43)接合的圆周区域竖直间隔开的位置接合在悬挂于起重机的桩柱，并且其中至少一个阻尼装置(45)配置为阻尼悬挂于起重机的桩柱的钟摆运动。

Description

海上桩柱安装方法和系统
技术领域
本发明涉及一种桩柱安装方法和用于保持待安装在海床中的桩柱的系统，例如适于支撑海上风力涡轮机的桩柱，例如单体桩柱。本发明进一步涉及一种包括这种系统的船舶。
背景技术
海上风力涡轮机的安装通常包括将桩柱(例如单体桩柱)打入海床，然后将风力涡轮机布置在桩柱的顶部。如本领域所知，风力涡轮机的单体桩柱是巨大的，长度超过80米且质量超过1000吨是相当常见的。如今，长度超过100米的单体桩柱甚至可以达到2000吨(或更多)。
在已知的方法中，待安装的桩柱最初以水平方向支撑在船舶上，例如自升式船舶。在安装桩柱的典型操作顺序中，首先使用具有悬挂在一个或更多个绞盘驱动缆绳上的提升工具的起重机将桩柱竖立，即沿直立方向枢转。提升工具通常在桩柱仍然水平时与桩柱的上端接合。然后操作起重机来提升上端，从而将桩柱竖立。随后，通过起重机的操作将桩柱降低到桩柱安装位置处的海床。最后，使用打桩机将桩柱打入海床。
船舶可以是自升式船舶，以减少或避免安装过程中由波浪、风和/或水流引起的船舶运动。在其它设计中，船舶是漂浮的。
为了获得桩柱的准确位置和垂直度，通常使用安装到船舶的保持工具，例如安装到船舶的船体的侧面或安装到甲板。当配置用于单体桩柱安装时，这种工具通常称为单体桩柱夹具。
在朝向海床降低桩柱的过程中，操作起重机以降低桩柱，同时提升工具在桩柱的纵向上端保持桩柱。
在这一过程中，保持工具接合桩柱，以水平地将桩柱保持在期望的位置，同时使桩柱能够相对于保持工具竖直移动，以使桩柱能够降低。
在许多现有技术的系统中，包括EP17826613和EP3517479中公开的那些系统中，在降低之前和降低期间，悬挂的桩柱被保持工具(例如，被单个环)水平地约束或保持在其单个圆周区域。
当船舶漂浮时，通常将保持工具配置为补偿船舶在水平面上的运动，例如在EP17826613和EP3517479中。
在实际的方法中，只要海床为桩柱提供足够的竖直支撑，就将桩柱与提升工具分离并且将打桩工具安装到桩柱。
将桩柱打入海床直到达到期望的深度，并且已经将桩柱固定在海床中。在打桩之后，或在打桩的早期阶段，桩柱保持工具与桩柱分离。
当悬挂在起重机上时，桩柱将受到外力的作用，例如风、波浪、水流和/或诸如由于起重机的回转和/或安装有起重机的船舶的不稳定性导致的起重机引起的力。像这样的力，即使与桩柱的巨大质量相比相当小，也可能导致桩柱像钟摆一样(可能像双钟摆一样)从起重机上开始摆动，其中桩柱的连接到缆绳的上端由于摆动而沿一个方向移动，同时桩柱的下端沿相反方向摆动。考虑到桩柱和/或起重机上的负载和/或保持工具上的负载(例如其定位装置，例如其位置控制的汽缸)的定位精度，这种摆动的严重性可能是有问题的。
WO2020/212409提出操作两条卷扬机钢丝，这两条钢丝在桩柱保持工具和悬挂桩柱的升降缆绳之间的位置处连接到桩柱，以阻尼桩柱在两个相应的水平方向上的运动。然而，这种解决方案的有效性和实用性是有限的，因为它只能将桩柱拉向船舶，因此只能够抵消桩柱的向前运动——远离起重机。此外，对于通过起重机有效地拉动桩柱而言，卷扬机钢丝具有不利的角度，并且可能不方便使用，这是因为它们占据了桩柱和升降缆绳之间的空间，从而使其不可用。
发明内容
本发明提出一种在抵消悬挂的桩柱的过度摆动或钟摆运动(例如，双钟摆运动)方面有效且实用的方法和系统。
本发明提供根据权利要求1所述的方法和根据权利要求17所述的系统。
所述方法中使用的桩柱保持系统具有桩柱保持工具，所述桩柱保持工具包括：
-基座结构，例如配置为围绕桩柱延伸的环形基座结构，
-支撑组件，其安装或待安装到船舶的船体，例如甲板上，其中所述支撑组件配置为相对于船体支撑桩柱保持工具的基座结构，
-多个桩柱接合定位装置，其由所述基座结构支撑并围绕所述桩柱保持工具的中心轴线分布成环形阵列，并且配置为接合在桩柱的圆周区域，以将桩柱保持在桩柱安装位置的直立方向上，
例如每个定位装置设置有一个或更多个桩柱导向辊。
在实施方案中，桩柱接合定位装置是位置控制的，例如彼此独立，例如包括位置控制的液压缸。
桩柱保持工具进一步包括阻尼系统，所述阻尼系统包括至少一个阻尼装置，所述至少一个阻尼装置安装到所述基座结构，并且在使用中配置为在与由多个桩柱接合定位装置接合的圆周区域竖直间隔开的位置接合在悬挂于起重机的桩柱，并且所述至少一个阻尼装置配置为阻尼悬挂于起重机的桩柱的钟摆运动。这种阻尼是通过至少一个阻尼装置在与由桩柱接合定位装置接合的圆周区域竖直间隔开的所提及的位置接合桩柱来实现的。
本发明的方法包括通过一个或更多个绞盘驱动缆绳来保持悬挂于起重机的桩柱，其中多个桩柱接合定位装置接合在悬挂于起重机的桩柱的圆周区域，以将桩柱保持在桩柱安装位置的所述直立方向上。至少一个阻尼装置在与圆周区域竖直间隔开的位置接合在悬挂于起重机的桩柱并且阻尼悬挂于起重机的桩柱的钟摆运动。
因此可以设想，在通过桩柱接合和定位装置保持桩柱的同时，对钟摆运动进行阻尼。
在所述方法的实施方案中，所述桩柱接合定位装置在桩柱朝向海床降低期间接合并保持桩柱，并且所述至少一个阻尼装置在桩柱朝向海床降低期间阻尼悬挂于起重机的桩柱的钟摆运动。在桩柱由桩柱保持系统保持时，对钟摆运动的阻尼在桩柱朝向海床降低期间尤其有效。在所述方法的实施方案中，所述方法包括朝向海床降低桩柱，其中，在所述降低期间保持至少一个阻尼装置在桩柱上的所述竖直间隔开的位置的接合。
所述桩柱接合定位装置优选地配置为在桩柱朝向海床降低期间接合并保持桩柱，并且其中所述至少一个阻尼装置配置为在桩柱朝向海床降低期间阻尼悬挂于起重机的桩柱的钟摆运动。用于阻尼钟摆运动的至少一个阻尼装置的配置可以包括所述竖直间隔开的位置与接合桩柱的圆周区域的竖直间距的选定大小，和/或所述竖直间隔开的位置和所述桩柱保持工具的基座结构之间的阻尼装置的选定刚度。
在实践中，桩柱的摇摆或钟摆运动将是相当小的振荡运动。然而，本发明的阻尼对于避免达到可能导致运动的快速增加的本征频率可能是至关重要的。而且，即使运动很小，桩柱的巨大质量仍可能导致过度的负载。
在降低桩柱时，由于基座结构不跟随桩柱的降低，因此桩柱的由多个桩柱接合定位装置接合的区域变得越来越靠近桩柱的顶部。
通常，在实施方案中，作用于桩柱的竖直地远离由多个桩柱接合定位装置接合的圆周区域的阻尼装置仅提供用于抵消桩柱的(双)钟摆运动的阻尼效果，并且在桩柱的安装期间不控制桩柱的垂直度和位置。后者主要由多个桩柱接合定位装置完成，可能与支撑组件(例如运动补偿的支撑组件)的操作相结合。通过在桩柱保持工具的基座结构上提供至少一个阻尼装置并且在桩柱的与多个桩柱接合定位装置接合的区域竖直间隔开的一个或更多个位置处作用于桩柱，可以有效地抵消悬挂于起重机的桩柱的过度钟摆运动。例如，在实施方案中，这些运动的阻尼不需要如现有技术中那样使用卷扬机钢丝。
在实施方案中，所述至少一个阻尼装置配置为提供对悬挂于起重机的桩柱在至少两个相反方向上的钟摆运动的阻尼。优选地，所述至少一个阻尼装置在两个相反的水平方向上作用于桩柱。例如，两个阻尼装置配置为在相反的水平方向上作用于桩柱。
例如，多个阻尼装置布置在共同的水平面中，例如，所述平面位于桩柱的由多个桩柱接合定位装置接合的区域上方或下方，并且在相反的方向上作用于桩柱。
例如，一个或更多个阻尼装置布置在桩柱的由多个桩柱接合定位装置接合的区域上方，并且一个或更多个阻尼装置布置在所述区域下方。
在实施方案中，成组的多个阻尼装置由基座结构支撑并围绕桩柱保持工具的中心轴线分布成环形阵列，并且配置为接合在桩柱的圆周区域，所述圆周区域与由多个桩柱接合定位装置接合的圆周区域竖直间隔开。例如，基座结构在基座结构的设置有多个桩柱接合定位装置的部分的竖直上方和/或下方设置有一个或两个环形托架，其中每个环形托架设置有成组的多个阻尼装置。
在实施方案中，多个桩柱接合定位装置配置为在非阻尼模式和阻尼模式之间选择性地可切换，例如，阻尼装置包括液压致动器和相关联的可切换液压回路，例如，为了使桩柱相对于海床精确定位而选择非阻尼模式并且当装置与桩柱接合时选择阻尼模式，例如，通过起重机将桩柱降低或侧向移动到桩柱保持工具中。
在实施方案中，桩柱保持工具具有设置有多个桩柱接合定位装置的环形基座结构部分。环形基座结构部分可以形成具有一个或更多个可打开的钳口的环，如本领域中(例如从WO2019125172)已知的。
桩柱接合定位装置可以各自包括可控的桩柱接合装置移动致动器，例如液压缸，例如每个桩柱接合装置包括一个可控的桩柱接合装置移动致动器，其可以建立桩柱接合定位装置在至少X-Y平面中的移动，例如独立移动。这样做例如是为了将桩柱定位在X-Y平面中，例如调整到桩柱的直径，以将桩柱定位到期望的X-Y位置。
如本领域中已知的，桩柱接合定位装置可以包括一个或更多个适于接合桩柱的辊，或者适于以另一种方式接合桩柱的其它表面，以使表面保持接合到桩柱的同时，桩柱可以在它们之间向下滑动。在实际的实施方案中，辊具有水平的辊轴线。桩柱接合定位装置围绕中心轴线成角度地分布，例如4个、6个或多达12个桩柱接合定位装置。
桩柱保持工具通过其支撑组件支撑在船舶上。这种支撑组件是从例如所提及的现有技术中已知的。例如，所述工具可移动地安装在甲板上，以能够通过致动器使桩柱保持工具相对于船舶在X-Y平面中移动。
在实施方案中，桩柱保持工具包括一个或更多个阻尼臂，每个阻尼臂从基座结构延伸并接合桩柱的与圆周区域竖直间隔开的位置。
在实施方案中，每个阻尼臂包括配置为接合桩柱的接合元件。
优选地，阻尼臂抵消桩柱的可以通过多种方式实现的相对倾斜移动。例如，两个或更多个阻尼臂设置在相对于中心轴线的相同角度位置，以在基座结构的两个相对的竖直侧延伸，其中阻尼臂中的至少一个与桩柱的圆周区域下方的附加圆周接合，并且至少另一个与圆周区域上方的附加圆周接合。例如，为了实现阻尼，两个阻尼臂可以设置在相同的角度位置，或者四个阻尼臂的两个处于一个角度位置，两个处于径向相对的角度位置。在另一示例中，设置了两个或更多个阻尼臂，它们都在圆周区域上方或下方包围相同的附加圆周。
在实施方案中，阻尼臂中的两个阻尼臂配置为抵消相对的倾斜移动，所述阻尼臂在基座结构的两个相对的竖直侧从基座结构延伸，所述阻尼臂均在环的后侧或前侧位于相对于中心轴线的相同角度位置处。在另一个或相同的实施方案中，阻尼臂均在基座结构的相同竖直侧从基座结构延伸，在环的后侧和前侧位于径向相对的角度位置处。
例如，阻尼臂是围绕中心轴线放置的多个阻尼臂。
可以设想，阻尼臂可以围绕中心轴线成角度地移动，例如通过基座结构上的弯曲导轨，并且桩柱保持工具包括用于围绕中心轴线成角度地移动阻尼臂的阻尼臂移动致动器。例如，这使得能够响应引起桩柱的倾斜移动的移动方向的变化。
在实施方案中，桩柱保持工具仅具有一个阻尼臂，用于抵消桩柱的在其自身方向上的倾斜移动。例如，这一阻尼臂仅用于防止桩柱围绕平行于船舶的X轴线的倾斜轴线向前倾倒，并且因此设置在前面的角度位置并且在环形基座结构上方延伸以接合桩柱的圆周区域上方的附加圆周，或者设置在后面的角度位置并且在环形基座结构下方延伸以接合圆周区域下方的附加圆周。
阻尼臂可以采用能够实现其功能的多种形式，即响应于桩柱相对于接合元件的移动而提供阻尼推力。
在实施方案中，阻尼装置包括弹性元件，或者阻尼装置是弹性元件，例如块，例如橡胶块或弹性体材料块。这种弹性元件可以连接到基座结构，例如直接固定到基座结构。弹性元件可以从基座结构向内朝向接合元件所接合的附加圆周倾斜地定向。弹性元件可以连接到从基座结构突出的刚性元件，并且从刚性元件朝向附加圆周倾斜或水平地定向，所述刚性元件例如是固定或可移动地连接到基座结构的竖直梁。
在实施方案中，阻尼装置包括液压或气动阻尼器，或者阻尼装置是液压或气动阻尼器，例如液压或气压缸。这种阻尼装置也可以直接或经由刚性突出元件连接到基座结构。阻尼装置可以从基座结构或突出元件向内朝向附加圆周倾斜地定向。阻尼装置可以与液压蓄能器结合，所述液压蓄能器用于产生预紧力和/或用于补偿液压缸腔室中可能的体积差。
在实施方案中，阻尼装置是主动阻尼装置，例如电动的、液压的或气动的，例如可以由控制系统致动，例如控制系统还控制桩柱接合装置移动致动器和/或使保持工具相对于船舶在X-Y平面中移动以使操作彼此协调的致动器。这些主动阻尼器可以是液压的、气动的或电动的。例如，可以使用汽缸，和/或基座组件上的将接合元件拉向桩柱的绞盘。
在实施方案中，阻尼臂具有连接到基座结构的部分，该部分宽于接合元件的宽度，例如阻尼臂基本上为A形，其中接合元件位于“A”的顶端。这可以有利于阻尼臂的稳定和受控操作以及抗扭性。
阻尼臂的桩柱接合元件可以是一个或更多个辊，或者阻尼臂的桩柱接合元件可以包括适于接合桩柱的一个或更多个辊，或者适于以另一方式接合桩柱的其它表面，以使桩柱可以相对于桩柱保持工具向下滑动，即在桩柱的纵向方向上滑动，同时表面保持接合到桩柱。例如，光滑且低摩擦的表面或履带式构造。桩柱接合元件可以成形为与桩柱的形状互补，例如稍微凹入以匹配桩柱的圆周。在一个示例中，桩柱接合元件是柔性的和/或可压缩的，以使其适应桩柱的形状，例如适应桩柱的不同直径。在实际的实施方案中，阻尼臂上的一个或更多个辊各自具有水平的辊轴线。
在实施方案中，所述工具进一步配置用于在将桩柱从水平方向竖立到直立方向期间支撑桩柱。其中，桩柱保持工具可铰接地安装在支撑组件上，并且可以围绕基本水平的铰接轴相对于支撑组件在水平方向和竖直方向之间铰接，在水平方向，桩柱保持工具能够将桩柱保持在基本水平的方向，在竖直方向，桩柱保持工具能够将桩柱保持在直立方向。在所提及的现有技术中公开了用于可铰接连接的合适配置。
在实施方案中，阻尼系统，例如其一个或更多个阻尼装置，包括用于检测悬挂的桩柱从其直立方向倾斜的一个或更多个传感器，例如力和/或位置和/或移动传感器，其中一个或更多个阻尼装置是配置为提供可控的阻尼效果的可控阻尼装置，并且其中所述可控阻尼装置可操作地连接到一个或更多个传感器，以响应于传感器测量来调节阻尼效果。
在实施方案中，阻尼臂包括用于检测所保持的桩柱从其直立方向倾斜的一个或更多个传感器。这样的传感器可以是例如力和/或移动传感器，例如惯性测量传感器。在一个示例中，这样的传感器设置在阻尼臂的接合元件上，从而可以在接合元件和桩柱的交接处并且因此在其接合的附加圆周处直接测量力和/或移动。
通过这些传感器，在力传感器的情况下，可以通过检测桩柱施加在力传感器上的力的增加来检测桩柱朝向相关联的阻尼臂倾斜的指示及其程度，这指示朝向与倾斜有关的阻尼臂的水平力分量，或者在位置或移动传感器的情况下，可以通过检测桩柱朝向传感器的位移或移动来检测桩柱朝向相关联的阻尼臂倾斜的指示及其程度，这指示朝向与倾斜有关的阻尼臂的水平移动分量。这同样适用于力的减小或桩柱远离接合元件的位移或移动，这指示桩柱远离阻尼臂的倾斜。此外或替选地，指示桩柱的倾斜的传感器可以设置在阻尼臂的其它部分处。
例如，可以在阻尼装置上或阻尼装置中设置传感器，例如在机械阻尼器的情况下的应变传感器，或者例如在液压和/或气动阻尼器的情况下的压力或液位传感器。阻尼器的压缩或更高的压力指示桩柱朝向阻尼臂倾斜。
阻尼装置处的传感器可以与桩柱接合定位装置处(例如在圆周区域处与桩柱的交接处)的传感器相结合。这可以提供对任何倾斜及其程度的更准确的指示。替选地，传感器可以设置在系统上的其它位置，例如，环形基座组件或支撑组件上的应变传感器或摄像机。
传感器可以可操作地联接到系统的可控装置和致动器，和/或例如可以外部连接到船舶的动态定位单元，用于基于传感器测量控制系统和/或船舶的部件的移动，例如响应于检测到倾斜的传感器测量来移动附加圆周和/或圆周区域，从而抵消倾斜并将桩柱朝向直立方向移回。或者，如果检测到倾斜的程度使得其不再能够通过阻尼臂和/或通过执行船舶和/或系统和/或其部件的校正运动来校正，则控制这些运动，例如以将桩柱释放到海里并使船舶远离桩柱移动，以防止对船舶的任何损坏。
在阻尼元件包括主动阻尼装置，或者阻尼元件是主动阻尼装置的示例中，所述阻尼装置可以基于传感器指示来控制，例如经由控制单元自动控制。例如，可以操作阻尼臂的阻尼装置，以在检测到的朝向阻尼臂的倾斜时，使接合元件以与检测到的倾斜程度相对应的力推靠在其接合的附加圆周上，从而抵消倾斜并将桩柱移回到直立方向。可以操作桩柱接合定位装置和/或保持工具的移动致动器以补充阻尼元件的动作，或者例如仅在阻尼元件的动作不足以抵消桩柱的倾斜时才操作，例如，如由控制单元基于传感器指示的倾斜程度所预测的，或者例如，如果即使阻尼元件进行了动作而传感器仍然指示倾斜。
在阻尼元件是被动阻尼装置的示例中，例如机械的或液压的或气动的，系统的其它部件的致动器可以例如通过控制单元自动地操作以抵消倾斜，例如，仅当控制单元基于由传感器指示的倾斜程度预测阻尼元件的刚度不能抵消桩柱的倾斜时，或者例如，如果即使阻尼元件进行了阻尼而传感器仍然指示倾斜。
本发明还涉及一种包括根据本发明的系统的船舶。
附图说明
将在下文中结合附图描述本发明。在附图中：
图1以俯视立体图示出了根据本发明的船舶，同时将桩柱保持在直立方向，
图2示意性地示出了具有阻尼臂的保持工具相对于船舶的甲板的布置，同时将桩柱保持在直立方向，
图3a、图3b以根据本发明的可能的实施方案的桩柱保持工具的示意性侧视图和截面视图示出了桩柱的钟摆运动，
图4以相同的视图示出了根据另一可能的实施方案的桩柱保持工具，
图5至图9以相同的视图示出了根据其它实施方案的桩柱保持工具，
图10示出了根据本发明的桩柱保持工具的又一实施方案。
具体实施方式
图1示意性地描绘了执行根据本发明的实施方案的方法时的船舶1。
在图2中，起重机10布置在船舶1上，更具体地，布置在船舶1的上甲板2上。船舶1是自升式船舶，其中支腿3可以降低到水中以将船舶1至少部分地提升出水面，从而使波浪对船舶1具有有限或最小的影响。
如图所示的起重机10是安装在底座上的起重机，但是本领域技术人员将清楚的是，本发明也可以与其它类型的起重机一起使用，例如塔架起重机。起重机10包括升降系统，所述升降系统具有升降缆绳20、连接到升降缆绳的负载连接器21以及在升降缆绳20上操作以降低或提升负载连接器21的升降绞盘(未示出)。
船舶进一步包括布置在上甲板2上的桩柱保持工具40。桩柱保持工具40包括支撑组件41并且具有由支撑组件41支撑在船舶1上的一个环形基座结构42。
桩柱保持工具40包括连接到环形基座结构42的多个桩柱接合定位装置43以与桩柱50接合，从而保持桩柱50并限制由桩柱保持工具42接合的桩柱圆周或圆周区域51的水平运动。
桩柱接合定位装置43相对于中心轴线42a成角度地分布。
桩柱接合定位装置43设置有多个辊以与桩柱50接合而保持桩柱50，同时允许桩柱50在平行于桩柱50的纵向轴线的方向上移动，同时限制桩柱圆周51的侧向运动。每个辊具有水平的辊轴线。
在桩柱保持工具40的图3a、图3b、图4至图9的实施方案的示意图中示出了辊。
像如图2所示的适于支撑海上风力涡轮机的桩柱50这样的桩柱，特别是单体桩柱，可以以水平方向在船舶1上或单独的供应船舶上储存和/或运输。因此，在这种情况下，起重机10可以用于提升桩柱50的一端，即上端，直到桩柱50以直立方向(即，如图2所示的基本竖直方向)悬挂在升降缆绳上。为此，提升工具22可以用作桩柱50和负载连接器21之间的接口。
在将桩柱50设置在直立方向之后，将桩柱50的下部或下端设置在桩柱保持工具40的环形基座结构42中。由此，桩柱50的下部的位置由桩柱保持系统40控制，并且桩柱50的上部的位置通常使用起重机和升降缆绳20来控制。桩柱50现在由桩柱保持工具40保持在紧邻船舶1的桩柱安装位置的直立方向上。
图2示意性地示出了桩柱保持工具40相对于甲板的布置，其中桩柱50因此保持在直立方向。
在降低桩柱的方法中，在桩柱由桩柱保持工具40保持的同时，通过操作起重机放出升降缆绳20来降低桩柱50。桩柱50将首先通过水体的飞溅区，所述飞溅区是将桩柱50降低到水中时从空气到水的过渡，并且桩柱在所述飞溅区受到波浪的作用。桩柱50还可能受到例如较低深度的水下水流的作用和风的作用。
图3a和图3b通过从图3a到图3b的演进，以极其夸张的比例示出了桩柱的钟摆运动。倾斜或钟摆运动由标记为T的箭头指示。
为了抑制悬挂的桩柱50的任何这种倾斜或钟摆运动T，对桩柱施加推力或阻尼力F，如图3a中通过箭头所示。
此处，力F通过具有枢转阻尼臂46的阻尼装置45的接合元件44施加在桩柱上。
图3a和图3b的实施方案的两个阻尼臂46分别从基座结构42向上和向下延伸。
接合元件44呈现可以绕水平轴线旋转的辊的形式。
阻尼装置45各自设置有在臂46和基座结构42之间操作的阻尼器47。
在图3a和图3b中示出的桩柱保持工具40(其也在图2中示出)的实施方案中，存在两个具有臂46的阻尼装置45。
每个具有臂46的阻尼装置在环形基座结构42的相应竖直侧延伸。在环形基座结构42上方延伸的阻尼臂46接合附加圆周52，用于抵消围绕倾斜轴线的向后倾斜，即，使桩柱50的顶部朝向船舶1，如图3b所示。在环形基座结构42下方延伸的阻尼臂46接合另一附加圆周53，用于抵消钟摆运动。
两个阻尼臂46都设置在环形基座结构42的最后面的角度位置处。根据附图可以设想，阻尼臂也可以都设置在最前面的角度位置处。
此外，根据附图可以设想，可以围绕中心轴线42a设置多个阻尼装置45，此处阻尼装置45具有臂46，例如可以设置四个、六个、八个或十个阻尼臂。例如，如果除了图3a和图3b的两个阻尼臂之外，还设置两个类似的阻尼臂46，它们在基座结构42的上方和下方在与其间隔90度的角度位置处延伸。
如图4所示，除了图3a和图3b的阻尼装置之外，可以通过在径向相对的角度位置处设置另外两个阻尼装置45来实现增强的阻尼效果。由阻尼臂46在径向相对和竖直相对的位置处施加的力F被相加以提供抵消倾斜运动T的力矩。
在图3a、图3b中示出的实施方案中，桩柱接合定位装置43连接到环形基座结构42。
对于每个桩柱接合装置43，设置可控的桩柱接合装置移动致动器43a，用于相对于基座结构42独立地移动桩柱接合元件44，并由此抵靠桩柱50的圆周区域51。
在图1中可以看到，对于Y方向，设置了导轨，支撑组件41经由所述导轨安装到船舶1的甲板2。虽然此处没有示出，但是对于X方向也可以存在这样的导轨。通过这样的导轨或等效装置，例如集成在支撑组件中，桩柱保持工具40可以相对于船舶1移动。桩柱接合定位装置43和/或保持工具40的移动致动器可以例如基于指示桩柱50倾斜的传感器测量，例如由控制单元自动控制，如本文之前所讨论的。
在图5中示出了实施方案，其中，通过此处具有臂46的两个阻尼装置45抵消如图3a和图3b中相反方向上的倾斜T，所述臂46两者都在环形基座结构42的相同竖直侧(即从此处向上)延伸，从而接合相同的附加圆周52，并且设置在径向相对的角度位置处，即最前面和最后面的角度位置。
图6示出了简单的实施方案，其中仅设置了一个阻尼臂46。
图7示出了实施方案，其中阻尼器47是固定安装到环的活塞缸。这一活塞缸47可以形成主动或被动阻尼装置，在后一种情况下，它可以连接到提供气体弹簧(未示出)的蓄能器。活塞缸47可以例如基于如本文之前所述的传感器测量，例如由用于抑制桩柱的倾斜的控制单元自动控制。
图8示出了优选实施方案，其中阻尼器47包括活塞缸和刚性细长元件，与活塞缸的延伸有关的力经由所述刚性细长元件传递到接合元件44。设想了另一实施方案，其中活塞缸由一个或更多个弹性材料(例如橡胶或弹性体材料)块代替。
图9示出了实施方案，其中阻尼器47是弹性材料(例如橡胶或弹性体材料)块或这些弹性块的堆叠。
在图8和图9中，接合元件44包括两个间隔开的平行且互连的辊，使得桩柱50的两个附加圆周52和两个附加圆周53由此接合，并且推力分布在辊和圆周52、53上。每个辊具有水平的辊轴线。
图10示出了根据本发明的桩柱保持工具的又一实施方案。
所述工具40包括：
-环形基座结构42，
-运动补偿的支撑组件41，其安装到船舶1的船体(此处在甲板2上)，所述支撑组件41支撑桩柱保持工具的基座结构42。
还示出了由环形基座结构42支撑并围绕桩柱保持工具40的中心轴线42a分布成环形阵列的多个或成组的桩柱接合定位装置43。
这些装置43配置为接合在桩柱的圆周区域51，以将桩柱保持在桩柱安装位置的直立方向上。每个定位装置43设置有一个或更多个桩柱导向辊。辊具有水平的辊轴线。
图10的桩柱保持工具进一步包括阻尼系统，所述阻尼系统包括至少一个阻尼装置，所述至少一个阻尼装置安装到基座结构并且在使用中配置为在与由多个桩柱接合定位装置43接合的圆周区域竖直间隔开的位置接合在悬挂于起重机的桩柱，并且所述至少一个阻尼装置配置为阻尼悬挂于起重机的桩柱的钟摆运动。
更详细地说，成组的多个阻尼装置45由基座结构42支撑并围绕桩柱保持工具的中心轴线42a分布成环形阵列并且配置为接合在桩柱的圆周区域，所述圆周区域与由多个桩柱接合定位装置43接合的圆周区域竖直间隔开。
基座结构在基座结构的设置有多个桩柱接合定位装置43的环形部分42a的竖直上方设置有一个环形托架42b。环形托架42b设置有成组的多个阻尼装置45。
托架42b和支撑装置43的基座结构的环形部分都设置有一个或更多个钳口，以允许打开和关闭环圈。
每个阻尼装置45包括从基座结构42例如向上和/或向下延伸的阻尼臂46，此处阻尼臂46枢转地安装到基座结构42b，并且其中每个阻尼装置包括：
-接合元件44，例如辊，其安装在阻尼臂上并且配置为接合桩柱的附加圆周，该附加圆周和与装置43相关联的圆周区域竖直间隔开，和
-阻尼元件47，此处是液压缸，该液压缸与相关联的液压回路联接，在阻尼臂45和基座结构42b之间操作。
图10的装置45为悬挂在起重机上的桩柱在至少两个相反方向上的钟摆运动提供阻尼，这是因为阻尼装置将在两个相反的水平方向上作用于桩柱。
图10的桩柱保持工具40进一步配置用于在桩柱从水平方向竖立到直立方向期间支撑桩柱，其中，基座结构42、42b可铰接地安装在支撑组件41上，并且可以围绕基本水平的铰接轴55(例如，平行于船舶的X轴线的铰接轴)相对于支撑组件41在水平方向和竖直方向之间铰接，在水平方向，桩柱保持工具40能够将桩柱保持在基本水平的方向，在竖直方向，桩柱保持工具40能够将桩柱保持在直立方向。
桩柱保持工具40此处设置有可致动的桩柱支脚支撑件60，其避免了桩柱在竖立期间的滑动，并且被释放或打开以降低桩柱。

Claims (32)

1.一种用于桩柱安装的方法，其中使用用于桩柱安装的船舶，例如用于安装适于支撑海上风力涡轮机的桩柱(50)，其中船舶具有船体、安装在船体上的起重机和桩柱保持系统，其中所述桩柱保持系统包括：
-桩柱保持工具(40)，包括：
-基座结构(42)，
-支撑组件(41)，其安装到船舶(1)的船体，例如甲板(2)
上，其中所述支撑组件(41)支撑桩柱保持工具(40)的基座结构(42)，
-多个桩柱接合定位装置(43)，其由所述基座结构支撑并围绕所述桩柱保持工具的中心轴线(42a)分布成环形阵列，并且
配置为接合在桩柱的圆周区域(51)，以将桩柱(50)保持在桩柱安装位置的直立方向上，例如每个定位装置(43)设置有一个或更多个桩柱导向辊，
其中，所述桩柱保持工具进一步包括阻尼系统，所述阻尼系统包括至少一个阻尼装置(45)，所述至少一个阻尼装置安装到所述基座结构，并且在使用中配置为在与由多个桩柱接合定位装置(43)接合的圆周区域(51)竖直间隔开的位置接合在悬挂于起重机的桩柱，并且所述至少一个阻尼装置配置为通过在所述竖直间隔开的位置的所述接合来阻尼悬挂于起重机的桩柱的钟摆运动，例如双钟摆运动，
其中，所述方法包括通过一个或更多个绞盘驱动缆绳来保持悬挂于起重机的桩柱，其中多个桩柱接合定位装置(43)接合在悬挂于起重机的桩柱的圆周区域(51)，以将桩柱(50)保持在桩柱安装位置的所述直立方向上，并且其中至少一个阻尼装置(45)在与圆周区域(51)竖直间隔开的位置接合在悬挂于起重机的桩柱并且阻尼悬挂于起重机的桩柱的钟摆运动。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述桩柱接合定位装置在桩柱朝向海床降低期间接合并保持桩柱，并且其中所述至少一个阻尼装置在桩柱朝向海床降低期间阻尼悬挂于起重机的桩柱的钟摆运动。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括朝向海床降低桩柱，其中，在所述降低期间保持至少一个阻尼装置(45)在桩柱上的所述竖直间隔开的位置的接合。
4.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，其中，用于阻尼钟摆运动的至少一个阻尼装置的配置至少包括所述竖直间隔开的位置与接合桩柱的圆周区域(51)的竖直间距的选定大小，和/或所述竖直间隔开的位置和所述桩柱保持工具的基座结构之间的阻尼装置的选定刚度。
5.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，其中，所述至少一个阻尼装置(45)提供对悬挂于起重机的桩柱(50)在至少两个相反方向上的钟摆运动的阻尼，所述钟摆运动例如是双钟摆运动，例如，所述至少一个阻尼装置在两个相反的水平方向上作用于桩柱。
6.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，其中，成组的多个阻尼装置(45)由基座结构(42，42b)支撑并围绕桩柱保持工具的中心轴线(42a)分布成环形阵列，并且接合在桩柱的圆周区域(52，53)，所述圆周区域(52，53)与由多个桩柱接合定位装置(43)接合的圆周区域(51)竖直间隔开。
7.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，其中，所述阻尼系统包括一个或更多个阻尼装置(45)，每个阻尼装置具有阻尼臂(46)，所述阻尼臂(46)从基座结构(42；42b)例如向上和/或向下延伸，所述阻尼臂(46)例如枢转地安装到所述基座结构，并且其中每个阻尼装置包括：
-接合元件(44)，例如辊，其安装在所述阻尼臂上并且配置为接合桩柱(50)的与圆周区域(51)竖直间隔开的附加圆周(52，53)，所述接合元件配置和操作为在桩柱向下滑动时保持接合到桩柱，和
-阻尼元件(47)，其在接合元件(44)和基座结构(42)之间操作，优选地在阻尼臂(46)和所述基座结构之间操作。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，多个阻尼装置(45)设置、布置和配置为使得其两个或更多个阻尼臂(46)在两个相反的水平方向上作用于桩柱，以阻尼悬挂于起重机的桩柱在至少两个相反方向上的钟摆运动，
例如，其中两个或更多个阻尼臂(46)从基座结构(42)沿相反的竖直方向延伸，例如每个阻尼臂枢转地安装到基座结构，以使相应的接合元件(44)在与圆周区域(51)相反的竖直距离处接合在桩柱(50)上。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中
-所述阻尼臂(46)中的两个阻尼臂在基座结构(42)的两个相对的竖直侧从基座结构(42)延伸，所述两个阻尼臂均在基座结构(42)的后侧或前侧位于相对于中心轴线(42a)的相同角度位置处，和/或
-所述阻尼臂(46)中的两个阻尼臂均在基座结构(42)的相同竖直侧从基座结构(42)延伸，在基座结构(42)的后侧和前侧位于径向相对的角度位置处。
10.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，其中，所述阻尼装置包括弹性元件(47)，或者所述阻尼装置是弹性元件(47)，例如弹性材料块，所述弹性材料例如是橡胶或弹性体材料、弹性的弹性体材料，所述弹性元件(47)例如连接到基座结构(42)并且从基座结构(42)向内倾斜定向，或者例如连接到从基座结构(42)突出或布置在接合元件(44)和弹性元件之间并且倾斜或水平定向的刚性元件。
11.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，其中，所述阻尼装置包括液压或气动阻尼器(47)，或者所述阻尼装置是液压或气动阻尼器(47)，例如液压或气动活塞缸，所述阻尼装置例如从基座结构(42)向内朝向中心轴线倾斜定向，例如与液压蓄能器结合，所述液压蓄能器用于产生预紧力和/或用于补偿阻尼器的液压缸腔室中可能的体积差。
12.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，其中，所述阻尼装置具有连接到所述基座结构的下部，所述下部环向地宽于接合桩柱的接合元件(44)的宽度，例如阻尼臂(46)为A形。
13.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，其中，所述桩柱保持工具(40)进一步配置用于在桩柱从水平方向竖立到直立方向期间支撑桩柱(50)，其中基座结构(42，42b)能够铰接地安装在支撑组件(41)上，并且围绕基本水平的铰接轴(55)相对于支撑组件(41)在水平方向和竖直方向之间是能够铰接的，例如所述铰接轴平行于船舶的X轴线，在水平方向，桩柱保持工具(40)能够将桩柱(50)保持在基本水平的方向，在竖直方向，桩柱保持工具(40)能够将桩柱(50)保持在直立方向。
14.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，其中，所述支撑组件(41)将桩柱保持工具(40)能够移动地支撑在船舶(1)上，所述桩柱保持系统，例如支撑组件，包括用于使桩柱保持工具(40)相对于船舶(1)移动的一个或更多个能够控制的桩柱保持器移动致动器。
15.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，其中，所述桩柱接合定位装置(43)包括能够控制的桩柱接合装置移动致动器(43a)。
16.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，其中，所述阻尼系统，例如其一个或更多个阻尼装置，包括检测悬挂的桩柱(50)从其直立方向倾斜的一个或更多个传感器，例如力和/或位置和/或移动传感器，并且其中所述一个或更多个阻尼装置是配置为提供能够控制的阻尼效果的能够控制的阻尼装置，并且其中所述能够控制的阻尼装置能够操作地连接到一个或更多个传感器，以响应于传感器测量来调节阻尼效果。
17.一种桩柱保持系统，其待安装到船舶的船体，例如船舶(1)的甲板(2)上，所述桩柱保持系统配置为至少在桩柱(50)通过一个或更多个绞盘驱动缆绳悬挂于起重机的同时将桩柱(50)保持在桩柱安装位置的直立方向上，例如用于安装适于支撑海上风力涡轮机的桩柱(50)，例如用于在根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法中使用，
所述桩柱保持系统包括：
-桩柱保持工具(40)，包括：
-基座结构(42)，
-支撑组件(41)，其待安装到船舶(1)的船体，例如甲板(2)上，其中所述支撑组件(41)支撑桩柱保持工具(40)的基座结构(42)，
-多个桩柱接合定位装置(43)，其由所述基座结构支撑并围绕所述桩柱保持工具的中心轴线(42a)分布成环形阵列，并且
配置为接合在桩柱的圆周区域(51)，以将桩柱(50)保持在桩柱安装位置的直立方向上，例如每个定位装置(43)设置有一个或更多个桩柱导向辊，
其中，所述桩柱保持工具进一步包括阻尼系统，所述阻尼系统包括至少一个阻尼装置(45)，所述至少一个阻尼装置安装到所述基座结构，并且在使用中配置为在与由多个桩柱接合定位装置(43)接合的圆周区域(51)竖直间隔开的位置接合在悬挂于起重机的桩柱，并且所述至少一个阻尼装置配置为通过在所述竖直间隔开的位置的所述接合来阻尼悬挂于起重机的桩柱的钟摆运动，例如双钟摆运动。
18.根据权利要求17所述的桩柱保持系统，其中，所述桩柱接合定位装置配置为在桩柱朝向海床降低期间接合并保持桩柱，并且其中所述至少一个阻尼装置配置为在桩柱朝向海床降低期间阻尼悬挂于起重机的桩柱的钟摆运动。
19.根据权利要求17或18所述的桩柱保持系统，其中，用于阻尼钟摆运动的至少一个阻尼装置的配置至少包括所述竖直间隔开的位置与接合桩柱的圆周区域(51)的竖直间距的选定大小，和/或所述竖直间隔开的位置和所述桩柱保持工具的基座结构之间的阻尼装置的选定刚度。
20.根据权利要求17至19中任一项或多项所述的桩柱保持系统，其中，所述至少一个阻尼装置(45)配置为提供对悬挂于起重机的桩柱在至少两个相反方向上的钟摆运动的阻尼，例如，所述至少一个阻尼装置在两个相反的水平方向上作用于桩柱。
21.根据权利要求17至20中任一项或多项所述的桩柱保持系统，其中，成组的多个阻尼装置(45)由基座结构(42，42b)支撑并围绕桩柱保持工具的中心轴线(42a)分布成环形阵列，并且配置为接合在桩柱的圆周区域(52，53)，所述圆周区域(52，53)与由多个桩柱接合定位装置(43)接合的圆周区域(51)竖直间隔开。
22.根据权利要求17至21中任一项或多项所述的桩柱保持系统，其中，所述至少一个阻尼装置(45)各自具有阻尼臂(46)，所述阻尼臂(46)从基座结构(42；42b)例如向上和/或向下延伸，所述阻尼臂(46)例如枢转地安装到所述基座结构，并且其中每个阻尼装置包括：
-接合元件(44)，例如辊，其安装在所述阻尼臂上并且配置为接合桩柱(50)的与圆周区域(51)竖直间隔开的附加圆周(52，53)，所述接合元件配置为在桩柱向下滑动时保持接合到桩柱，和
-阻尼元件(47)，其在接合元件(44)和基座结构(42)之间操作，优选地在阻尼臂(46)和所述基座结构之间操作。
23.根据权利要求22所述的桩柱保持系统，其中，多个阻尼装置(45)设置、布置和配置为使得其两个或更多个阻尼臂(46)在两个相反的水平方向上作用于桩柱，以阻尼悬挂于起重机的桩柱在至少两个相反方向上的钟摆运动，
例如，其中两个或更多个阻尼臂(46)从基座结构(42)沿相反的竖直方向延伸，例如每个阻尼臂枢转地安装到基座结构，以使相应的接合元件(44)在与圆周区域(51)相反的竖直距离处接合在桩柱(50)上。
24.根据权利要求22或23所述的桩柱保持系统，其中
-所述阻尼臂(46)中的两个阻尼臂在基座结构(42)的两个相对的竖直侧从基座结构(42)延伸，所述两个阻尼臂均在基座结构(42)的后侧或前侧位于相对于中心轴线(42a)的相同角度位置处，和/或
-所述阻尼臂(46)中的两个阻尼臂均在基座结构(42)的相同竖直侧从基座结构(42)延伸，在基座结构(42)的后侧和前侧位于径向相对的角度位置处。
25.根据前述权利要求17至24中任一项或多项所述的桩柱保持系统，其中，所述阻尼装置包括弹性元件(47)，或者所述阻尼装置是弹性元件(47)，例如弹性材料块，所述弹性材料例如是橡胶或弹性体材料、弹性的弹性体材料，所述弹性元件(47)例如连接到基座结构(42)并且从基座结构(42)向内倾斜定向，或者例如连接到从基座结构(42)突出或布置在接合元件(44)和弹性元件之间并且倾斜或水平定向的刚性元件。
26.根据前述权利要求17至25中任一项或多项所述的桩柱保持系统，其中，所述阻尼装置包括液压或气动阻尼器(47)，或者所述阻尼装置是液压或气动阻尼器(47)，例如液压或气动活塞缸，所述阻尼装置例如从基座结构(42)向内朝向中心轴线倾斜定向，例如与液压蓄能器结合，所述液压蓄能器用于产生预紧力和/或用于补偿阻尼器的液压缸腔室中可能的体积差。
27.根据前述权利要求17至26中任一项或多项所述的桩柱保持系统，其中，所述阻尼装置具有连接到所述基座结构的下部，所述下部环向地宽于接合桩柱的接合元件(44)的宽度，例如阻尼臂(46)为A形。
28.根据前述权利要求17至27中任一项或多项所述的桩柱保持系统，其中，所述桩柱保持工具(40)进一步配置用于在桩柱从水平方向竖立到直立方向期间支撑桩柱(50)，其中基座结构(42，42b)能够铰接地安装在支撑组件(41)上，并且围绕基本水平的铰接轴(55)相对于支撑组件(41)在水平方向和竖直方向之间是能够铰接的，例如所述铰接轴平行于船舶的X轴线，在水平方向，桩柱保持工具(40)能够将桩柱(50)保持在基本水平的方向，在竖直方向，桩柱保持工具(40)能够将桩柱(50)保持在直立方向。
29.根据前述权利要求17至28中任一项或多项所述的桩柱保持系统，其中，所述支撑组件(41)将桩柱保持工具(40)能够移动地支撑在船舶(1)上，所述桩柱保持系统，例如支撑组件，包括用于使桩柱保持工具(40)相对于船舶(1)移动的一个或更多个能够控制的桩柱保持器移动致动器。
30.根据前述权利要求17至29中任一项或多项所述的桩柱保持系统，其中，所述桩柱接合定位装置(43)包括能够控制的桩柱接合装置移动致动器(43a)。
31.根据前述权利要求17至30中任一项或多项所述的桩柱保持系统，其中，所述阻尼系统，例如其一个或更多个阻尼装置，包括用于检测悬挂的桩柱(50)从其直立方向倾斜的一个或更多个传感器，例如力和/或位置和/或移动传感器，并且其中至少一个阻尼装置是配置为提供能够控制的阻尼效果的能够控制的阻尼装置，并且其中所述能够控制的阻尼装置能够操作地连接到一个或更多个传感器，以响应于传感器测量来调节阻尼效果。
32.一种用于桩柱安装的船舶，所述船舶具有船体、安装在船体上的起重机以及安装到船舶的船体的桩柱保持系统，例如安装在船舶(1)的甲板(2)上，所述桩柱保持系统配置为至少在桩柱(50)通过一个或更多个绞盘驱动缆绳悬挂于起重机的同时将桩柱(50)保持在桩柱安装位置的直立方向上，例如用于安装适于支撑海上风力涡轮机的桩柱(50)，其中所述桩柱保持系统根据权利要求17至31中的一项或多项来实施。
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