NO20101229A1

NO20101229A1 - System and method of lining piles into a seabed, and method of installing the system

Info

Publication number: NO20101229A1
Application number: NO20101229A
Authority: NO
Inventors: Torstein Alm
Original assignee: Aker Jacket Technology As
Priority date: 2010-09-02
Filing date: 2010-09-02
Publication date: 2011-04-04

Abstract

Et system for installering av peler (12) som skal føres inn i en havbunn (B) omfatter en føringsanordning (20) med et antall pelføringselementer (24) som er forbundet ved hjelp avforbindelseselementer(19, 22). Hvert føringselement (24) har respektive føringsmidler (27) og respektive bæreelementer (32) for bæring av anordningen på havbunnen (13), og systemet innbefatter også styre- og kraftmidler (54, 56) for forbindelse med føringsanordningen (20). Føringsanordningen (20) innbefatter posisjonsavfølingsmidler (36) og inklinasjonsavfølingsmidler (46) som er drivkoblet via styremidler (49) med føringselementene (24), slik at derved føringselementenes (24) horisontale og vertikale posisjon kan innstilles og føringsanordn ingen (20) kan bringes til en nivellert tilstand på havbunnen. Oppfinnelsen omfatter også en fremgangsmåte for installasjon an føringsanordningen på havbunnen, og en fremgangsmåte for å installere en pel ved hjelp av føringsanordningen.A system for installing piles (12) to be inserted into a seabed (B) comprises a guide device (20) with a plurality of pile guide elements (24) connected by means of connecting elements (19, 22). Each guide element (24) has respective guide means (27) and respective support elements (32) for supporting the device on the seabed (13), and the system also includes control and power means (54, 56) for connection with the guide device (20). The guiding means (20) includes position sensing means (36) and inclination sensing means (46) which are actuated via control means (49) with the guiding elements (24), so that the horizontal and vertical position of the guiding elements (24) can be set and guiding means (20) cannot be brought a leveled state on the seabed. The invention also includes a method of installing the seabed guiding device and a method of installing a pile by means of the guiding means.

Description

Oppfinnelsen vedrører installering av peler. Mer særskilt vedrører oppfinnelsen et system for installering av peler, en fremgangsmåte for installering av systemet på havbunnen, og en fremgangsmåte for installering av en pel ved hjelp av systemet. Oppfinnelsen er særlig anvendbar for undervannsapplikasjoner og for installering av peler i havbunnen i forbindelse med oppstillingen av offshore vindenergikraftanlegg. The invention relates to the installation of piles. More specifically, the invention relates to a system for installing piles, a method for installing the system on the seabed, and a method for installing a pile using the system. The invention is particularly applicable for underwater applications and for the installation of piles in the seabed in connection with the construction of offshore wind energy power plants.

Den kjente teknikk innbefatter ulike konstruksjoner, så som slanke sirkulære søyler, for bæring av vinddrevne anlegg for generering av elektrisitet. Installert i sjøen er slike anlegg vanligvis båret av en nedre fagverksstruktur, også benevnt en "jacket", som er festet i havbunnen ved hjelp av peler eller lignende kjente innretninger. The prior art includes various structures, such as slender circular columns, for supporting wind-driven installations for generating electricity. Installed in the sea, such facilities are usually supported by a lower truss structure, also referred to as a "jacket", which is fixed in the seabed by means of piles or similar known devices.

Et eksempel på et vinddrevet anlegg for generering av elektrisitet er vist skjematisk i fig. 1, hvor en fagverksstruktur 4, vanligvis kalt en "jacket", er installert på en havbunn B under en vannmasse W ved hjelp av fundamentpeler 12, på i og for seg kjent måte. Den i fig. 1 viste fagverkstrukturen 4 har hovedbærere - eller ben - 5a, og diagonale stag 5b, og strekker seg til en avstand over vannoverflaten S. An example of a wind-driven plant for generating electricity is shown schematically in fig. 1, where a truss structure 4, usually called a "jacket", is installed on a seabed B under a body of water W by means of foundation piles 12, in a manner known per se. The one in fig. The truss structure 4 shown in 1 has main supports - or legs - 5a, and diagonal stays 5b, and extends to a distance above the water surface S.

Fagverkstrukturen eller jacketen 4 bærer en sirkulær søyle eller et tårn 2, eksempelvis via et lastoverføringselement 10, og tårnet bærer en vindturbin 6 som har minst én turbinvinge 6a. Vindens virkning, både direkte og via turbinens rotasjon, vil generere betydelig torsjon i tårnet, så vel som bøyemomenter i overgangen mellom tårnet og fagverkstrukturen. Det er derfor meget viktig at fagverkstrukturen er skikkelig og tilstrekkelig understøttet på havbunnen, og at således pelene 12 er satt med den nødvendige nøyaktighet og vertikalitet. The truss structure or jacket 4 supports a circular column or a tower 2, for example via a load transfer element 10, and the tower supports a wind turbine 6 which has at least one turbine blade 6a. The action of the wind, both directly and via the rotation of the turbine, will generate significant torsion in the tower, as well as bending moments in the transition between the tower and the truss structure. It is therefore very important that the truss structure is properly and sufficiently supported on the seabed, and that thus the piles 12 are set with the required accuracy and verticality.

Det er kjent å først installere pelene i havbunnen og så installere jacketen på de på forhånd installerte pelene. Slik preinstallering krever meget stor nøyaktighet for å sikre at strukturens ben passer nøyaktig sammen med pelene. For å sikre at pelene er satt på plass i riktig stilling og med riktig skråstilling, er det kjent å bruke ulike typer føringsstrukturer, som enten betjenes fra et fartøy eller en plattform på overflaten, eller via en undersjøisk farkost (ROV). Når pelene er installert i havbunnen, blir strukturen (jacket) plassert på pelene, på i og for seg kjent måte. It is known to first install the piles in the seabed and then install the jacket on the pre-installed piles. Such pre-installation requires a great deal of accuracy to ensure that the structure's legs fit exactly together with the piles. To ensure that the piles are set in place in the correct position and with the correct inclination, it is known to use various types of guide structures, which are either operated from a vessel or a platform on the surface, or via an underwater vehicle (ROV). When the piles are installed in the seabed, the structure (jacket) is placed on the piles, in a manner known per se.

Eksempelvis kan peler som brukes for slike formål ha en lengde på 45 meter, en diameter på 1,5 meter og en vekt i luft på ca. 60 tonn. Typisk drives pelene 40 meter inn i havbunnen. Jackets som brukes i vindfarmer blir ofte plassert i relativt grunne farvann (eksempelvis 15-25 meter), og de undersjøiske arbeidene medfører dårlig eller ikke-eksisterende visibilitet i vannet. Dette vanskeliggjør bruken av ROVer og dykkere. For example, piles used for such purposes can have a length of 45 metres, a diameter of 1.5 meters and a weight in air of approx. 60 tons. The piles are typically driven 40 meters into the seabed. Jackets used in wind farms are often placed in relatively shallow waters (for example 15-25 metres), and the underwater work results in poor or non-existent visibility in the water. This makes the use of ROVs and divers difficult.

Det foreligger derfor et behov for en innretning og en fremgangsmåte som kan sikre nøyaktig forhåndsinstallering av fundamentpeler, både i horisontal så vel som vertikal stilling og orientering. Det er også en hensikt å tilveiebringe et effektivt og gjentatt anvendbart pelinstallasjonsverktøy, slik at derved installeringstiden kan reduseres. There is therefore a need for a device and a method which can ensure accurate pre-installation of foundation piles, both in horizontal as well as vertical position and orientation. It is also an aim to provide an efficient and repeatedly applicable pile installation tool, so that the installation time can thereby be reduced.

I samsvar med oppfinnelsen er det derfor tilveiebrakt et system for installering av peler som skal føres inn i en havbunn, innbefattende en føringsanordning med et antall pelføringselementer som er forbundet med hverandre ved hjelp av forbindelseselementer, idet hvert føringselement har respektive føringsmidler og respektive bæreelementer for bæring av anordningen på havbunnen, hvilket system også innbefatter styre- og kraftmidler for forbindelse med føringsanordningen, og det som kjennetegner systemet er at føringsanordningen videre innbefatter posisjonsavfølingsmidler og inklinasjonsavfølingsmidler som er drivkoblet via styremidlene med føringselementene, slik at derved føringselementenes horisontale og vertikale posisjon kan innstilles og føringsanordningen kan bringes til en nivellert tilstand på havbunnen. In accordance with the invention, there is therefore provided a system for installing piles to be driven into a seabed, including a guide device with a number of pile guide elements which are connected to each other by means of connecting elements, each guide element having respective guide means and respective bearing elements for bearing of the device on the seabed, which system also includes control and power means for connection with the guide device, and what characterizes the system is that the guide device further includes position sensing means and inclination sensing means which are driven via the control means with the guide elements, so that the horizontal and vertical position of the guide elements can thereby be set and the guide device can be brought to a leveled state on the seabed.

Fordelaktig innbefatter føringsanordningen videre hydroakustiske avfølingsmidler tilknyttet en styreenhet, for avføling av bevegelsen og posisjonen til en pel som føres inn i føringselementet. I én utførelse innbefatter føringsanordningen videre visuelle avfølingsmidler som er tilknyttet en styreenhet, for avføling av bevegelsen og posisjonen til en pel som føres inn i føringselementet. Advantageously, the guide device further includes hydroacoustic sensing means associated with a control unit, for sensing the movement and position of a pile which is introduced into the guide element. In one embodiment, the guide device further includes visual sensing means which are associated with a control unit, for sensing the movement and position of a pile which is introduced into the guide element.

Hvert føringselement innbefatter fordelaktig føringsmidler med en langsgående åpning for overvåking av pelens posisjon i føringselementet. Each guide element advantageously includes guide means with a longitudinal opening for monitoring the position of the pile in the guide element.

Føringselementet innbefatter fordelaktig en avstandssensor for avføling av avstanden mellom et pelingsverktøy og et øvre område av føringselementet. The guide element advantageously includes a distance sensor for sensing the distance between a pointing tool and an upper area of the guide element.

I en utførelsesform bæres føringsmidlene bæres av det respektive bæreelementet via leddmidler, idet hvert leddmiddel har en første ende forbundet med føringsmidlet, en andre ende forbundet med bæreelementet og er individuelt innstillbart, hvorved leddmidlet for hvert føringselement kan betjenes for å sikre at føringsanordningen kan bringes til en nivellert tilstand på en hellende eller ujevn havbunn. In one embodiment, the guide means are carried by the respective support element via joint means, each joint means having a first end connected to the guide means, a second end connected to the support element and is individually adjustable, whereby the joint means for each guide element can be operated to ensure that the guide device can be brought to a leveled condition on a sloping or uneven seabed.

I en utførelsesform innbefatter føringsmidlet et rørformet element med en første senterakse, og bæreelementet innbefatter et stumpkonisk rørformet element som har en andre senterakse, idet en del av føringsmidlet er innstillbart forskyvbart inne i det stumpkoniske rørformede elementet ved hjelp av en innstilling av leddmidlene. In one embodiment, the guide means includes a tubular element with a first central axis, and the support element includes a blunt-conical tubular element having a second central axis, a part of the guide means being adjustably displaceable inside the blunt-conical tubular element by means of an adjustment of the joint means.

Fordelaktig er leddmidlene individuelt og selektivt innstillbare, idet føringsmidlet og det stumpkoniske rørformede elementet kan beveges i forhold til hverandre, både i en aksialretning hvor den første og den andre senteraksen er sammenfallende og på en leddet måte hvor den første og den andre senteraksen ikke er sammenfallende. Leddutstrekningen bestemmes i hovedsaken av konusvinkelen til det stumpkoniske rørformede elementet. Advantageously, the joint means are individually and selectively adjustable, in that the guide means and the blunt-conical tubular element can be moved relative to each other, both in an axial direction where the first and second center axes coincide and in an articulated manner where the first and second center axes do not coincide . The joint extent is mainly determined by the taper angle of the blunt-conical tubular element.

I én utførelse er leddmidlene anordnet med jevn innbyrdes avstand rundt føringselementets omkrets. I én utførelse innbefatter leddmidlene en hydraulisk sylinder med en stang som er selektivt innstillbar mellom en tilbaketrukket stilling og en utkjørt stilling. Fordelaktig er leddmidlene for hvert føringselement funksjonsmessig sammenkoblet, slik at derved hvert bæreelement vil tilpasse seg selv til helningen av den havbunnen som de hviler på. In one embodiment, the joint means are arranged at an equal distance from each other around the circumference of the guide element. In one embodiment, the joint means includes a hydraulic cylinder with a rod which is selectively adjustable between a retracted position and an extended position. Advantageously, the joint means for each guide element are functionally interconnected, so that thereby each support element will adapt itself to the slope of the seabed on which they rest.

I én utførelse innbefatter oppfinnelsen en rektangulær pelinstalleringsramme som har fire pelføringselementer som er stivt forbundet med hverandre ved hjelp av forbindelseselementer. In one embodiment, the invention includes a rectangular pile installation frame having four pile guide elements which are rigidly connected to each other by means of connecting elements.

I samsvar med oppfinnelsen foreslås det også en fremgangsmåte for installering av systemet ifølge oppfinnelsen,karakterisert vedtrinnene: In accordance with the invention, a method for installing the system according to the invention is also proposed, characterized by the steps:

a) plassering av føringsanordningen på havbunnen under en vannmasse, a) placement of the guidance device on the seabed under a body of water,

b) avføling av føringsanordningens skråstilling på havbunnen ved hjelp av b) sensing the inclination of the guidance device on the seabed by means of

inklinasjonsavfølingsmidler, inclination sensing means,

c) selektiv betjening av de individuelle leddmidlene for hvert føringsmiddel helt til føringsanordningen har fått en ønsket inklinasjon i forhold til havbunnen. c) selective operation of the individual joint means for each guiding means until the guiding device has obtained a desired inclination in relation to the seabed.

I samsvar med oppfinnelsen foreslås det også en fremgangsmåte for føring av en pel i en havbunn ved hjelp av systemet ifølge oppfinnelsen,karakterisert vedtrinnene: In accordance with the invention, a method is also proposed for guiding a pile in a seabed using the system according to the invention, characterized by the steps:

b) senking av pelen mot et føringselement med samtidig overvåking av b) lowering the pile towards a guide element with simultaneous monitoring of

avstanden mellom pelen og føringselementet, the distance between the pile and the guide element,

c) føring av pelen inn i havbunnen med samtidig overvåking av den pellengden som befinner seg over føringselementet, helt til pelen har nådd den c) driving the pile into the seabed with simultaneous monitoring of the length of the pile that is located above the guide element, until the pile has reached it

ønskede dybden i havbunnen. desired depth in the seabed.

I én utførelse måles pelens vertikale stilling ved hjelp av hydroakustiske avfølingsmidler. I én utførelse måles pelens vertikale stilling ved hjelp av visuelle avfølingsmidler. I én utførelse måles avstanden mellom et pelingsverktøy og et øvre område av føringselementet samtidig med gjennomføringen av trinn c). In one embodiment, the vertical position of the pile is measured using hydroacoustic sensing means. In one embodiment, the vertical position of the pile is measured using visual sensing means. In one embodiment, the distance between a pointing tool and an upper area of the guide element is measured simultaneously with the execution of step c).

Ved hjelp av oppfinnelsen kan et stort antall peler forhåndsinstalleres på en nøyaktig og effektiv måte. By means of the invention, a large number of piles can be pre-installed in an accurate and efficient manner.

Disse og andre egenskaper ved oppfinnelsen vil gå frem av den etterfølgende beskrivelse av en foretrukket utførelse, her som et ikke-begrensende eksempel, under henvisning til tegningen, hvor: Fig. 1 skjematisk viser en vindturbininstallasjon, innbefattende en fagverksstruktur som er forbundet med peler som er drevet inn i en havbunn, Fig. 2 er et perspektivriss av en utførelse av installeringsrammen ifølge oppfinnelsen, Fig. 3 er et forstørret utsnitt fra fig. 2, og viser en utførelse av en føringstrakt ifølge oppfinnelsen, Fig. 4 er et perspektivriss av en nedre del av føringstrakten ifølge oppfinnelsen, Fig. 5a-5e viser skjematisk det innstillbare bæreelementet i ulike posisjoner og orienteringer i forhold til et føringselement i føringstrakten, Fig. 6 er et grunnriss av en utførelse av installeringsrammen ifølge oppfinnelsen, Fig. 7 viser skjematisk et system for overvåking av installeringsrammens nivellering og installeringen av pelene, Fig. 8a og 8b viser skjematisk en installeringsprosedyre for en pel, med bruk av en installeringsramme, These and other features of the invention will emerge from the subsequent description of a preferred embodiment, here as a non-limiting example, with reference to the drawing, where: Fig. 1 schematically shows a wind turbine installation, including a truss structure which is connected by piles which is driven into a seabed, Fig. 2 is a perspective view of an embodiment of the installation frame according to the invention, Fig. 3 is an enlarged section from fig. 2, and shows an embodiment of a guide funnel according to the invention, Fig. 4 is a perspective view of a lower part of the guide funnel according to the invention, Figs. 5a-5e schematically show the adjustable support element in various positions and orientations in relation to a guide element in the guide funnel, Fig. 6 is a ground plan of an embodiment of the installation frame according to the invention, Fig. 7 schematically shows a system for monitoring the installation frame's leveling and the installation of the piles, Fig. 8a and 8b schematically show an installation procedure for a pile, using an installation frame,

Fig. 9 viser skjematisk en avstandsmåleanordning, Fig. 9 schematically shows a distance measuring device,

Fig. 10 er et perspektivriss av en detalj av en utførelse av føringstrakten, Fig. 10 is a perspective view of a detail of an embodiment of the guide funnel,

Fig. 11 er et perspektivriss av en utførelse av installeringsrammen ifølge oppfinnelsen, Fig. 12 er et grunnriss av en utførelse av installeringsrammen i fig. 11, og viser overvåkingsinnretninger, Fig. 13 og 14 er perspektivriss av utførelser av en instrumenteringsplattform, og Fig. 15 viser skjematisk et system for overvåking av en installeringsrammes nivellering og installeringen av peler. Fig. 11 is a perspective view of an embodiment of the installation frame according to the invention, Fig. 12 is a ground view of an embodiment of the installation frame in fig. 11, and shows monitoring devices, Fig. 13 and 14 are perspective views of embodiments of an instrumentation platform, and Fig. 15 schematically shows a system for monitoring the leveling of an installation frame and the installation of piles.

En utførelse av føringsanordningen ifølge oppfinnelsen er vist i fig. 2. En pelinstalleringsramme 20 innbefatter i denne utførelsen fire føringselementer 24. Disse er innbyrdes avstandsplassert, med like avstander, for dannelse av en kvadratisk struktur, og elementene er forbundne med hverandre ved hjelp av stagstrukturer 22 og diagonalavstivere 19. Denne installeringsrammen tjener således som en installeringsmal (såkalt "template") som sikrer at de fire pelene for en gitt jacket kan installeres med den ønskede avstanden. I et praktisk eksempel kan installeringsrammen ha et fotavtrykk på ca. 18 meter x 18 meter, og en vertikal dimensjon på ca. 7 meter. En typisk vekt (i luft) er 150 tonn. An embodiment of the guide device according to the invention is shown in fig. 2. A pile installation frame 20 includes in this embodiment four guide elements 24. These are mutually spaced, at equal distances, to form a square structure, and the elements are connected to each other by means of strut structures 22 and diagonal braces 19. This installation frame thus serves as a installation template (so-called "template") which ensures that the four piles for a given jacket can be installed with the desired distance. In a practical example, the installation frame can have a footprint of approx. 18 meters x 18 meters, and a vertical dimension of approx. 7 meters. A typical weight (in air) is 150 tonnes.

Fig. 3 viser et forstørret utsnitt av fig. 2, og viser ett av føringselementene 24. Hvert føringselement 24 innbefatter et pelopptak 25 som er forbundet med en føringstrakt 27, og et innstillbart bæreelement 32. Bæreelementet 32 er forbundet med føringstrakten 27 via et antall aktuatorer 23, her hydrauliske sylindre 23. Dette arrangementet er vist mer detaljert i fig. 4, som viser den nedre delen av føringselementet 24. Fig. 3 shows an enlarged section of fig. 2, and shows one of the guide elements 24. Each guide element 24 includes a pile receptacle 25 which is connected to a guide funnel 27, and an adjustable support element 32. The support element 32 is connected to the guide funnel 27 via a number of actuators 23, here hydraulic cylinders 23. This arrangement is shown in more detail in fig. 4, which shows the lower part of the guide element 24.

I den viste utførelsen forbinder seks aktuatorer 23 (bare fire er vist) bæreelementet 32 med føringstrakten 27. Aktuatorene 23 utgjør således en innstillbar leddforbindelse mellom føringstrakten og bæreelementet. Bæreelementet 32 innbefatter en fotplate eller slammatte 26 for plassering på havbunnen, og et stumpkonisk element 28. In the embodiment shown, six actuators 23 (only four are shown) connect the carrier element 32 with the guide funnel 27. The actuators 23 thus form an adjustable joint connection between the guide funnel and the carrier element. The support element 32 includes a foot plate or mud mat 26 for placement on the seabed, and a frustoconical element 28.

Av de prinsippskissene som er vist i fig. 5a-5e kan man (eksempelvis fig. 5a) se hvordan føringstrakten 27 strekker seg en avstand inn i det stumpkoniske elementet 28 som har en konusvinkel ac, og trakten bæres på en innstillbar måte av aktuatorene 23. Aktuatorene, som i dette utførelseseksemplet er hydrauliske sylindre, har en første ende 21 forbundet med føringstrakten 27 og en andre ende 30 som er forbundet med bæreelementet 32, fordelaktig slammatten 26. Of the principle sketches shown in fig. 5a-5e (for example fig. 5a) one can see how the guide funnel 27 extends a distance into the frustoconical element 28 which has a cone angle ac, and the funnel is carried in an adjustable manner by the actuators 23. The actuators, which in this embodiment are hydraulic cylinder, has a first end 21 connected to the guide funnel 27 and a second end 30 which is connected to the support element 32, advantageously the mud mat 26.

Fig. 5b og 5c viser ulike relative vertikale posisjoner mellom bæreelementet 32 og føringstrakten 27. Samtlige aktuatorer 23 har samme aktiveringsgrad og føringstraktens senterakse C27faller sammen med bæreelementets senterakse C32. Fig. 5b and 5c show different relative vertical positions between the support element 32 and the guide funnel 27. All actuators 23 have the same degree of activation and the center axis C27 of the guide funnel coincides with the center axis C32 of the support element.

I fig. 5d og 5e er aktuatoren 23 på den venstre siden kjørt lengre ut enn aktuatoren 23 på den høyre siden, slik at derved bæreelementet og føringstrakten har inntatt en svingestilling eller avbøyet stilling i forhold til hverandre, dvs. slik at senteraksene C27og C32ikke lenger er sammenfallende. Man vil se at konusvinkelen ac bestemmer det maksimale avviket mellom senteraksene, dvs. at i prinsippet vil cim~2otc. I en praktisk anvendelse kan det maksimale avviket være noe større, som følge av nødvendige toleranser mellom det stumpkoniske elementet og føringstrakten. Av figurene fremgår det imidlertid at det maksimale avviket vil være begrenset av In fig. 5d and 5e, the actuator 23 on the left side is moved further out than the actuator 23 on the right side, so that the carrier element and the guide funnel have thereby assumed a swing position or a deflected position in relation to each other, i.e. so that the center axes C27 and C32 no longer coincide. It will be seen that the cone angle ac determines the maximum deviation between the center axes, i.e. that in principle cim~2otc. In a practical application, the maximum deviation can be somewhat greater, as a result of necessary tolerances between the frustoconical element and the guide funnel. However, it appears from the figures that the maximum deviation will be limited by

føringstraktens anslag mot innerveggen i det stumpkoniske elementet. the contact of the guide funnel against the inner wall of the frustoconical element.

Aktuatorene utgjør således en leddforbindelse mellom bæreelementet og føringstrakten. Ved selektivt å variere slaglengden til de individuelle aktuatorene 23 på de individuelle føringselementene 24, kan bæreelementet 32 og føringstrakten 27 innstilles slik at bæreelementet hviler mot en noe skråstilt havbunn mens føringstrakten 27 strekker seg hovedsakelig vertikalt. Ved å innstille aktuatorene for samtlige føringselementer 24 på denne måten, kan pelinstalleringsrammen 20 innstilles til en hovedsakelig nivellert eller horisontal stilling på havbunnen, med føringstraktene 27 vertikalt orientert. The actuators thus form a joint connection between the carrier element and the guide funnel. By selectively varying the stroke length of the individual actuators 23 on the individual guide elements 24, the support element 32 and the guide funnel 27 can be adjusted so that the support element rests against a slightly inclined seabed while the guide funnel 27 extends mainly vertically. By setting the actuators for all guide elements 24 in this way, the pile installation frame 20 can be set to a substantially level or horizontal position on the seabed, with the guide funnels 27 vertically oriented.

I en praktisk anvendelse kan føringselementene tilpasses en havbunnshelning på 10° og aktuatorene kan ha maksimal slaglengde på 1,5 meter. Aktuatorene 23 kan være hydrauliske sylindre, som er sammenkoplet via en undersjøisk styreenhet 49 (se fig. 7). In a practical application, the guide elements can be adapted to a seabed slope of 10° and the actuators can have a maximum stroke length of 1.5 metres. The actuators 23 can be hydraulic cylinders, which are interconnected via an underwater control unit 49 (see fig. 7).

I én utførelse er de enkelte aktuatorene 23 selektivt fluidkoblet via fluidledninger 52 og en fjernstyreenhet 49 (se fig. 7). En operatør kan således - basert på målinger av de aktuelle havbunnforholdene, etc. - sette et visst trykk i fluidledningene, felles for samtlige aktuatorer på et gitt føringselement 24, slik at derved respektive bæreelementer 32 kan tillates å ligge an mot havbunnoverflaten S (som har en helning p i forhold til horisontalen; se eksempelvis fig. 5d), samtidig som det sikres at føringstrakten 27 er hovedsakelig vertikal. Denne operasjonen kan gjentas for hvert føringselement, helt til pelinstalleringsrammen har fått en i hovedsaken nivellert orientering. På denne måten vil hvert bæreelement automatisk tilpasse seg til havbunnens helning p der det hviler. Deretter kan trykkene i de hydrauliske ledningene for hvert føringselement 24 utlignes, for derved å sikre at samtlige fire føringselementer vil ligge an mot havbunnen med i hovedsaken samme kraft. In one embodiment, the individual actuators 23 are selectively fluid-connected via fluid lines 52 and a remote control unit 49 (see Fig. 7). An operator can thus - based on measurements of the relevant seabed conditions, etc. - set a certain pressure in the fluid lines, common to all actuators on a given guide element 24, so that thereby respective support elements 32 can be allowed to rest against the seabed surface S (which has an inclination p in relation to the horizontal; see, for example, Fig. 5d), while ensuring that the guide funnel 27 is mainly vertical. This operation can be repeated for each guide element, until the pile installation frame has acquired a substantially level orientation. In this way, each support element will automatically adapt to the slope of the seabed where it rests. The pressures in the hydraulic lines for each guide element 24 can then be equalised, thereby ensuring that all four guide elements will rest against the seabed with essentially the same force.

Systemet for installering av pelinstalleringsrammen 20 og for installering av pelene, skal nå beskrives nærmere under henvisning til fig. 6-10. The system for installing the pile installation frame 20 and for installing the piles will now be described in more detail with reference to fig. 6-10.

Fig. 6 er et grunnriss av installeringsrammen 20, og viser noe av aktuell instrumentering. Posisjoneringsdata for pelinstalleringsrammen, eksempelvis i forhold til et installeringsfartøy, leveres av transpondere 36, tilknyttet fagverkstrukturen 22. Transponderne kan også være forsynt med inklinometre. En gyro 46, plassert på en instrumentplattform 34, muliggjør meget nøyaktig måling av retnings- og vippedata. Eksempler på mulige gyroer er laser-ringgyroer og fiberoptiske gyroer. Fig. 6 is a plan of the installation frame 20, and shows some of the current instrumentation. Positioning data for the pile installation frame, for example in relation to an installation vessel, is provided by transponders 36, connected to the truss structure 22. The transponders can also be equipped with inclinometers. A gyro 46, placed on an instrument platform 34, enables very accurate measurement of heading and roll data. Examples of possible gyros are laser ring gyros and fiber optic gyros.

For bruk under pelinstalleringen er det på føringsrammen også anordnet kameraer 42 og lys 42a, panerings- og tiltingskameraer 42', en sonar 48 og ekkoapparater 40. Sonaren kan være en digital multifrekvensskanningssonar med et arbeidsområde på 360°. En egnet kamerakonifgurasjon kan være to kameraer i hvert hjørne av rammen, eksempelvis med panerings- og tiltingsmuligheter for 360-graders overvåkning. Lysene kan fordelaktig være av LED-typen. For use during pile installation, cameras 42 and lights 42a, panning and tilting cameras 42', a sonar 48 and echo devices 40 are also arranged on the guide frame. The sonar can be a digital multi-frequency scanning sonar with a working area of 360°. A suitable camera configuration could be two cameras in each corner of the frame, for example with panning and tilting options for 360-degree monitoring. The lights can advantageously be of the LED type.

Instrumentplattformen innbefatter også en ventilanordning, en såkalt "Remote Control Unit" (RCU) eller fjernstyringsenhet 49, og tilkoblingen er vist skjematisk i fig. 7. Fjernstyringsenheten (RCU) 49 er via individuelle ledninger 52 forbundet med respektive hydrauliske aktuatorer 23. Som nevnt foran betjenes aktuatorene (hydraulikksylindre) 23 rundt hvert føringselement 24 ved hjelp av to uavhengige systemer, og systemet vil være fullt driftsdyktig selv med et sviktende system for hvert føringselement. RCU 49 er ved hjelp av en navlestreng (umbilical) 50 tilknyttet en hydraulisk kraftenhet ("hydraulic power unit", HPU) 54 som befinner seg på fartøyet 57 (se fig. 8a), på en plattform eller lignende på overflaten, og RCU 49 betjenes med elektriske signaler som går gjennom en undersjøisk elektronisk modul ("subsea electronics module", SEM) 48 på installeringsrammen. Den foran nevnte gyro 46, sonaren 38, ekkoanordningen 40 og kameraer og lys 42, 42' er også forbundet med SEM 48. HPU 54 på overflaten inngår som en integrert del av det totale styresystemet, i en operasjonscontainer om bord på installasjonsfartøyet, og systemet innbefatter også kjente elementer så som eksempelvis en umbilical-spole 56. Umbilicalen 50 kan være en konvensjonell bunt av hydrauliske slanger 55a, kraftkabler og signalkabler 47. The instrument platform also includes a valve device, a so-called "Remote Control Unit" (RCU) or remote control unit 49, and the connection is shown schematically in fig. 7. The remote control unit (RCU) 49 is connected via individual lines 52 to respective hydraulic actuators 23. As mentioned above, the actuators (hydraulic cylinders) 23 around each guide element 24 are operated by means of two independent systems, and the system will be fully operational even with a failing system for each guide element. The RCU 49 is connected by means of an umbilical cord 50 to a hydraulic power unit ("hydraulic power unit", HPU) 54 which is located on the vessel 57 (see fig. 8a), on a platform or similar on the surface, and the RCU 49 operated with electrical signals passing through a subsea electronic module ("subsea electronics module", SEM) 48 on the installation frame. The aforementioned gyro 46, sonar 38, echo device 40 and cameras and lights 42, 42' are also connected to the SEM 48. The HPU 54 on the surface is included as an integral part of the overall control system, in an operations container on board the installation vessel, and the system also includes known elements such as, for example, an umbilical coil 56. The umbilical 50 can be a conventional bundle of hydraulic hoses 55a, power cables and signal cables 47.

Fig. 15 viser en alternativ utførelse av overvåkings- og styresystemet, hvor Fig. 15 shows an alternative embodiment of the monitoring and control system, where

hydrauliske ledninger 55a (stiplede linjer) forbinder reservoaret 55 og HPU 54a på overflaten med den undersjøiske installeringsrammen. Kraft- og signalledninger 47 (fast opptrukne linjer) er via en koblingsplate 47a forbundet med matriser 70, som i sin tur er forbundet med aktuatorene via en ventilpakke 69 og ledninger 52, som hydraulic lines 55a (dashed lines) connect the reservoir 55 and HPU 54a on the surface to the subsea installation frame. Power and signal lines 47 (solid lines) are connected via a connection plate 47a to matrices 70, which in turn are connected to the actuators via a valve pack 69 and lines 52, which

beskrevet foran. Fig. 15 viser også et akselerometer 71, panerings- og tiltingskamera 42', så vel som kameraer 42, 42a,d, gyro 46, sonar 38 og avstandsmåleenheter 62. described above. Fig. 15 also shows an accelerometer 71, pan and tilt camera 42', as well as cameras 42, 42a,d, gyro 46, sonar 38 and distance measurement units 62.

En alternativ utførelse av instrumentplattformen 34 er vist i fig. 11-14. En instrumentplattform er plassert i hovedsaken sentralt i installeringsrammen, og én instrumentplattform er plassert på eller i nærheten av hvert føringselement 24 (se fig. 11), eksempelvis for overvåking av settingen av hver enkelt pel. Hver instrumentplattform 24 er i denne utførelsen forsynt med - i tillegg til de tidligere nevnte instrumenter - en multiplekser 68, en avstandsmåleenhet 62 (beskrevet nærmere nedenfor) og kameraer 42 og lys 42a, så vel som et vertikalmålingskamera 42 under plattformen 34. An alternative embodiment of the instrument platform 34 is shown in fig. 11-14. An instrument platform is placed mainly centrally in the installation frame, and one instrument platform is placed on or near each guide element 24 (see fig. 11), for example for monitoring the setting of each individual pile. Each instrument platform 24 is in this embodiment provided with - in addition to the previously mentioned instruments - a multiplexer 68, a distance measurement unit 62 (described in more detail below) and cameras 42 and light 42a, as well as a vertical measurement camera 42 below the platform 34.

Ved hjelp av det foran beskrevne systemet kan en operatør: Using the system described above, an operator can:

• Verifisere at installeringsrammen er plassert i riktig posisjon og med riktig retning på havbunnen, • Overvåke og verifisere den horisontale nivelleringen av rammen på havbunnen, • Bidra til en føring av pelene inn i rammetraktene ved å overvåke pilenes plassering under settingen, og • Verify that the installation frame is placed in the correct position and with the correct orientation on the seabed, • Monitor and verify the horizontal leveling of the frame on the seabed, • Contribute to guiding the piles into the frame funnels by monitoring the position of the piles during setting, and

• Overvåke og verifisere pelenes vertikale stilling. • Monitor and verify the vertical position of the piles.

Med bruk av anordningen og systemet som er beskrevet foran, vil således en typisk operasjonssekvens være: 1. Plassering av installeringsrammen 20 på havbunnen i riktig posisjon og orientering, 2. Innstilling av installeringsrammen for horisontal innretting (nivellering) ved hjelp av individuell nivellering av hvert føringselement 24 (dvs. hvert hjørne av rammen), og verifisering av horisontal posisjon, 3. Føring av pelene 12 i de respektive pelopptakene 25 på hvert føringselement 24, 4. Driving av fundamentpelene 12 ved hjelp av en hydraulisk hammer 64 (eventuelt supplert med en "følger" på toppen av pelen), 5. Observering av peldrivingen henimot den ønskede inntrengning, ved hjelp av enten visuelle eller hydroakustiske midler, 6. Måling av den vertikale posisjonen til hver peltopp, enten ved hjelp av visuelle eller hydroakustiske midler, Using the device and system described above, a typical sequence of operations will thus be: 1. Placing the installation frame 20 on the seabed in the correct position and orientation, 2. Setting the installation frame for horizontal alignment (leveling) by means of individual leveling of each guide element 24 (i.e. each corner of the frame), and verification of horizontal position, 3. Guiding the piles 12 in the respective pile receptacles 25 on each guide element 24, 4. Driving the foundation piles 12 using a hydraulic hammer 64 (possibly supplemented with a "follower" at the top of the pile), 5. Observing the pile driving towards the desired penetration, using either visual or hydroacoustic means, 6. Measuring the vertical position of each pile tip, using either visual or hydroacoustic means,

7. Føring av fjerningsverktøy for grunnmasse inn i pelene, og 7. Guide removal tools for foundation mass into the piles, and

8. Når pelene er renset ned til bestemt dybde, opphenting av installeringsrammen 20 til overflaten. 8. When the piles have been cleaned down to a certain depth, raising the installation frame 20 to the surface.

Fig. 8a og 8b viser skjematisk installeringen av en pel 12 i havbunnen, ved hjelp av anordningen og systemet som er beskrevet foran. I fig. 8a senkes pelen 12 med en kran 58 fra et overflatefartøy 57. Pelbevegelsen og pelens avstand fra føringselementet 24 overvåkes ved hjelp av sonaren 38 eller ekkoapparatet 40. En plattform, eksempelvis en oppjekkbar plattform eller en lignende struktur på overflaten, kan brukes istedenfor det flytende fartøyet 57. Det vil også være mulig å overvåke innføringen av pelen i føringstunellen 27 ved hjelp av visuelle midler, så som kameraene 42, 42' (ikke vist i fig. 8a). Med bruk av disse hydroakustiske eller visuelle midlene, kan operatøren overvåke den resterende pellengden (se fig. 8b) og således fastslå inntrengningsdybden. Den sentrale sonaren vil observere hammeren 64 når denne når høyden for den ønskede inntrengningen. Dette vil gi en indikasjon for påbegynnelse av andre observasjoner med andre systemer. Fig. 8a and 8b schematically show the installation of a pile 12 in the seabed, using the device and system described above. In fig. 8a, the pile 12 is lowered with a crane 58 from a surface vessel 57. The pile movement and the pile's distance from the guide element 24 are monitored using the sonar 38 or the echo device 40. A platform, for example a jackable platform or a similar structure on the surface, can be used instead of the floating vessel 57. It will also be possible to monitor the introduction of the pile into the guide tunnel 27 by means of visual means, such as the cameras 42, 42' (not shown in Fig. 8a). Using these hydroacoustic or visual means, the operator can monitor the remaining pile length (see Fig. 8b) and thus determine the depth of penetration. The central sonar will observe the hammer 64 when it reaches the height of the desired penetration. This will give an indication for the start of other observations with other systems.

Fig. 9 og 10 viser ytterligere midler for styring av pelinstalleringen, mer særskilt den vertikale posisjonen til pelens topp. Figs 9 and 10 show further means for controlling the pile installation, more particularly the vertical position of the pile top.

I fig. 9 er en avstandssensor 62 montert på føringstrakten 27, og den kan gjennom en åpning 63 i pelopptaket 25 måle avstanden til et bestemt punkt på hammeren 64 eller "følgeren", eksempelvis opp til flensen 65 på hammeren (se også fig. 12 og 14). In fig. 9, a distance sensor 62 is mounted on the guide funnel 27, and it can, through an opening 63 in the pile holder 25, measure the distance to a specific point on the hammer 64 or "follower", for example up to the flange 65 on the hammer (see also fig. 12 and 14) .

I fig. 10 er det vist hvordan visuell bekreftelse via kameraene 42, 42' er mulig, gjennom en spalte 67 i føringstrakten 27, i kombinasjon med merker på peltoppen eller "pelfølgeren" (indikert med horisontale streker i spalten 67 i fig. 10). In fig. 10 it is shown how visual confirmation via the cameras 42, 42' is possible, through a slot 67 in the guide funnel 27, in combination with marks on the pile top or "pile follower" (indicated by horizontal lines in the slot 67 in fig. 10).

Claims

1. System for installing piles (12) to be driven into a seabed (B), including a guide device (20) with a number of pile guide elements (24) which are connected by means of connecting elements (19, 22), each guide element (24) has respective guide means (27) and respective support elements (32) for carrying the device on the seabed (B), the system also including control and power means (54, 56) for connection with the guide device (20), characterized in that the guide device ( 20) further includes position sensing means (36) and inclination sensing means (46) which are driven via control means (49) with the guide elements (24), so that thereby the horizontal and vertical position of the guide elements (24) can be set and the guide device (20) can be brought to a level condition on the seabed.

2. System according to claim 1, characterized in that the guide device (20) further includes hydroacoustic sensing means (38; 40) which are connected to a control unit (48), for sensing the movement and position of a pile (12) which is introduced into the guide element (24).

3. System according to claim 1 or 2, characterized in that the guide device (20) further includes visual sensing means (42; 42') which are connected to a control unit (48), for sensing the movement and position of a pile (12) which is introduced into the guide element (24).

4. System according to one of claims 1-3, characterized in that each guide element (24) includes guide means (27) with a longitudinal opening (67) for monitoring the position of the pile (12) in the guide element (24).

5. System according to one of claims 1-4, characterized in that the guide element (24) includes a distance sensor (62) for sensing the distance between a pointing tool (64) and an upper area (25) of the guide element (24).

6. System according to one of claims 1-5 characterized in that the guide means (27) are carried by the respective carrier element (32) via joint means (23), each joint means (23) having a first end (21) connected to the guide means (27), a second end (30) connected to the carrier element and is individually adjustable, whereby the link means (23) for each guide element (24) can be operated to ensure that the guide device (20) can be brought to a leveled state on a sloping or uneven seabed.

7. System according to one of claims 1-6, characterized in that the guide means (27) includes a tubular element with a first central axis (C27) and support elements (32) include a blunt-conical tubular element (28) with a second central axis (C32), and that part of the guide means (27) is adjustably insertable inside the frustoconical tubular element (28) by means of the aforementioned setting of the joint means (23).

8. System according to claim 7, characterized in that the joint means (23) are individually and selectively adjustable, so that thereby the guide means (27) and the blunt-conical tubular element (28) can be moved in relation to each other, both in an axial direction where the first (C27) and the second (C32) the center axis is coincident, and in a joint manner where the first (C27) and the second (C32) center axis are not coincident.

9. System according to claim 7 or 8, characterized in that the extent of the joint action is mainly determined by the conical angle (ac) of the blunt-conical tubular element (28).

10. System according to one of claims 6-9, characterized in that the joint means (23) are arranged at an equal distance from each other around the circumference of the guide element (24).

11. System according to one of claims 6-10, characterized in that the joint means (23) include a hydraulic cylinder with a rod which is selectively adjustable between a retracted position and an extended position.

12. System according to one of claims 6-11, characterized in that the joint means (23) for each guide element (24) are functionally connected, so that thereby each support element will adjust in accordance with the slope of the seabed on which they rest.

13. System according to one of claims 1-12, characterized in that it includes a rectangular pile installation frame with four pile guide elements (24) which are rigidly connected to each other by means of the connecting elements (19, 22).

14. Method for installing the system according to any one of claims 1-13, characterized by the steps: a) placement of the guiding device (20) on the seabed (B) under a body of water (W), b) sensing the inclination of the guiding device on the seabed by means of inclination sensing means (46), c) selective operation of the individual joint means (23) for each guide means (27) until the guide device (20) has achieved a desired inclination in relation to the seabed.

15. Method for introducing a pile (12) into a seabed (B) using the system according to any one of claims 1-14, characterized by the steps: a) placement of the guide device (20) on the seabed (B) under a body of water (W), b) lowering the pile (12) towards a guide element (24) with simultaneous monitoring of the distance between the pile and the guide element, c) guidance of the pile into the seabed with simultaneous monitoring of the length of the pile that protrudes above the guide element (24), until the pile has reached the desired depth in the seabed.

16. Method according to claim 15, characterized in that the pile's vertical position is measured using hydroacoustic sensing means (38, 40).

17. Method according to claim 15 or 16, characterized in that the vertical position of the pile is measured using visual sensing means (42, 42').

18. Method according to one of claims 15-17, characterized in that the distance between a pointing tool (64) and an upper area (25) of the guide element (24) is measured at the same time as step c).

19. Method according to one of claims 15-18, characterized in that the method in claim 14 is carried out after step a) and before step b).