TW202014602A - 用於在外端翻轉具有縱向方向之管狀元件的裝置及方法 - Google Patents

Abstract

本發明描述一種用於在一外端翻轉具有一縱向方向之一管狀元件的裝置。該裝置具有相互耦接樑之一交叉形支撐結構。該支撐結構可繞連接至其上之一升降構件樞轉，該升降構件用於連接至諸如一起重機之一升降部件。可沿著該等樑自一鬆開位置滑動至一夾持位置之夾持構件可提供在該夾持位置中耦接至該管狀元件之該外端的一壁部分。在該夾持位置中，該等樑實質上橫向於該管狀元件之該縱向方向延伸。本發明亦描述一種利用該裝置之方法。

Description

用於在外端翻轉具有縱向方向之管狀元件的裝置及方法

本發明係關於一種用於在外端翻轉具有縱向方向之管狀元件的裝置及方法。特定而言，本發明係關於一種用於在外端翻轉待自船置放於水底上之風力渦輪機及/或待置放於已安裝基座上之風力渦輪機塔之基樁的裝置及方法。此處，該基座可包含所謂的單樁基座或所謂的護套基座。

本發明將參考離岸風力渦輪機來進行闡明。然而，此參考並不暗示本發明限於此，且裝置及方法可同樣適用於將任何其他管狀元件置放於任何地表面上。因此，例如有可能在配置其他離岸基座結構、碼頭、雷達及其他塔架之情況下應用本發明，且亦應用於岸上應用。

在許多狀況下，離岸風力渦輪機之基樁包含由鋼或混凝土製成之中空管狀元件，其可具有大於100 m之長度、6 m及大於6 m之直徑以及可上升至800至2300噸及大於2300噸之重量。此外，因為風力渦輪機不斷地增大，所以風力渦輪機之基座變得愈來愈重。因為基座之大小變得愈來愈大，所以其愈來愈難以處置。

一種用於將基樁置放於水底上之已知方法包含：藉由諸如升降起重機之升降部件自船提起基樁；及將基樁降低至水底上或中。接著使基樁與升降部件解耦。

提起基樁為精密操作，除了其他原因以外，此亦係因為基樁在其中很容易損壞。此處重要的係考慮，基樁可在大距離上突出於船之甲板上，且用於提起之裝置與基樁之間的距離相對於例如基樁之直徑通常極小，使得很容易發生用於提起之裝置與基樁之壁部分之間的非所需接觸。此外，各種操作者皆在主動地操作諸如升降起重機、設置於船之甲板上之絞車及其類似者的所使用工具。

已知裝置之缺陷為，很可能損壞待翻轉之管狀元件，諸如基樁。已知裝置亦僅能夠在海相對平靜時執行其功能，且通常僅適用於有限直徑範圍。

因此，本發明之目標為提供一種用於在外端翻轉具有縱向方向之管狀元件的裝置及方法，其有助於至少部分除去上文所陳述之先前技術缺陷。特定而言，本發明試圖提供一種用於在外端翻轉具有縱向方向之管狀元件（特定而言，待置放於水底上之風力渦輪機之基樁）的改良之裝置及方法。

根據本發明，出於此目的提供如技術方案1之裝置。該裝置包含：相互耦接樑之交叉形支撐結構；升降構件，其以樞轉方式連接至該支撐結構，該升降構件用於連接至諸如起重機之升降部件；及夾持構件，其可沿著樑自鬆開位置（clear position）滑動至夾持位置以用於在該夾持位置中耦接至該管狀元件之該外端的壁部分，在該夾持位置中，該等樑實質上橫向於管狀元件之縱向方向延伸。

在本發明之本說明書之上下文中，術語「實質上」應理解為意謂大於所指示值或性質之80%，更佳大於85%，再更佳大於90%，以及100%。

原則上，可滑動夾持構件至管狀元件之壁部分的耦接可包含任何類型之耦接。舉例而言，合適的耦接包含摩擦耦接或凸緣耦接或兩者之組合。摩擦耦接係基於在夾持構件及相關壁部分之表面之間產生摩擦力，該夾持構件藉由將兩個表面按壓在一起而嚙合於該相關壁部分上。凸緣耦接係基於夾持構件嚙合於管狀元件之凸緣的底側上。

該裝置且更特定而言，其可滑動夾持構件，確保可提起及翻轉管狀元件，特別係自搖擺的船，其中損壞的可能性較小。本發明裝置另外允許待翻轉之管狀元件的尺寸（更特定而言，直徑）之大的變化。

本發明之另一態樣係關於一種用於在外端翻轉具有縱向方向之管狀元件的方法。該方法包含以下步驟： -    提供如前述技術方案中任一項之裝置； -    使用升降部件藉由升降構件提起支撐結構； -    將裝置運載至管狀元件之外端； -    將夾持構件沿著樑自鬆開位置滑動至夾持位置以用於在夾持位置中耦接至管狀元件之外端的壁部分，在該夾持位置中，該等樑實質上橫向於管狀元件之縱向方向延伸； -    翻轉耦接至裝置之管狀元件，其中支撐結構相對於升降構件樞轉； -    將耦接至裝置之管狀元件提昇至所要位置中；及 -    將夾持構件沿著樑自夾持位置滑動至鬆開位置以便使裝置與管狀元件解耦。

在元件之翻轉期間，該元件之周邊部分藉由夾持構件用合適的夾持拉力嚙合。因為在將裝置插入至管狀元件之中空外端中期間，夾持構件舉例而言處於相對接近交叉形支撐結構之中心，所以不太可能發生損壞。此亦使得相比先前技術方法，有可能視需要在洶湧之長浪中工作。

在本發明之具體實例中，夾持構件可自鬆開位置滑動至夾持位置以用於耦接至管狀元件之中空外端的內壁部分，該夾持位置位於相比鬆開位置更遠離支撐結構之交叉部之中心。提供將夾持構件自鬆開位置滑動至夾持位置之選項使得能夠在不必出於此目的而修改裝置之情況下嚙合及翻轉具有變化直徑之管狀元件。特定而言，該裝置使得能夠翻轉具有相對較大直徑之管狀元件。在本申請案之上下文中，相對較大直徑應理解為意謂大於6 m、更佳大於7 m、再更佳大於8 m、再更佳大於9 m且最佳大於10 m之直徑。

根據本發明之裝置的具體例之特徵在於，夾持構件可自鬆開位置滑動至夾持位置以用於耦接至管狀元件之中空外端的內壁部分，該夾持位置位於相比鬆開位置更遠離支撐結構之交叉部之中心。

又一具體實例提供一種裝置，該裝置進一步包含連接至樑之用於管狀元件之壁部分的支撐構件。此類構件可有助於在抵抗重力翻轉管狀元件時支撐管狀元件。該等支撐構件較佳適用於翻轉具有相對較大直徑之管狀元件，且有助於避免管狀元件之過載。

在一具體實例中，該等支撐構件在樑之可調整固定位置處連接至樑。舉例而言，可調整但固定的位置可藉由支撐構件與支撐結構之相關樑之間的銷孔連接形成。

本發明之一改良具體例係關於一種裝置，其中支撐構件經組態以支撐管狀元件之外壁部分。

本發明之另一改良具體例係關於一種裝置，此進一步在此處包含支撐結構，該支撐結構不同於支撐構件且至少沿著管狀元件之周邊之一部分延伸，例如沿著周邊之一半或四分之一。該支撐結構較佳連接至交叉形支撐結構之至少兩個樑。

在本發明之另一具體實例中，該裝置進一步包含用於相對於升降構件調整支撐結構之角度位置的部件，該升降構件以樞轉方式耦接至支撐結構。此使得有可能調整支撐結構之角度位置。此處，該支撐結構可自插入位置移動至提昇位置，在該插入位置中，裝置可耦接至管狀結構，在該提昇位置中，管狀元件係在（部分）翻轉位置中且最終在其豎直懸置之位置中。

角度調整部件可以任何已知方式體現，其中較佳的具體例為角度調整部件包含在升降構件與支撐結構之間延伸的液壓活塞缸。

原則上，支撐結構之夾持構件可處於支撐結構之上側或下側或兩側上。一實際具體例係關於一種裝置，其中升降構件處於交叉形支撐結構之上側上以用於連接至升降部件，且夾持構件可沿著支撐結構之下側滑動。

原則上，支撐結構之夾持構件可沿著支撐結構之樑以熟習此項技術者已知之任何方式滑動。相對較少維護的具體例係關於一種裝置，其中夾持構件可藉助於在夾持構件與支撐結構之間延伸的液壓活塞缸滑動。

因為裝置出於其目標必須至少部分地防止損壞待在海上翻轉之管狀元件，所以本發明之另一具體實例由一種裝置形成，其中可與管狀元件之壁部分接觸的表面具備減震元件，諸如橡膠覆蓋物。在一些具體實例中，此等表面可例如為夾持構件、支撐構件及/或支撐結構之端表面。

根據本發明，支撐結構為交叉形的，其應理解為意謂包含自中心延伸之數個臂的結構。可隨機選擇臂之數目，但X形及/或Y形之交叉形支撐結構為較佳的。此支撐結構分別具有4個或3個臂。

特定而言，該裝置適合於翻轉具有相對較大大小之管狀元件，例如具有6 m及大於6 m之直徑且具有可等於80 m及大於80 m之長度。出於此目的，一具體實例提供一種裝置，此進一步在此處包含升降部件，該升降部件由載體結構運載以用於藉由升降構件提起支撐結構。合適的升降部件包含任何已知類型之升降起重機。升降部件之支撐結構可包含地表面、土壤、混凝土板等。

特定而言，該裝置適合於離岸翻轉管狀元件，出於此目的，根據一具體實例，該裝置包含浮船作為載體結構。在此具體實例中，自船之例如自升式平台的工作甲板操縱該裝置。當支撐結構包含適合於提昇重物之浮船時，本發明之優點最明顯。

根據本發明之裝置的優點在一具體實例中最明顯，其中管狀元件為待置放於已安裝基座上之風力渦輪機及/或風力渦輪機塔的基樁。

藉由該裝置，具有縱向方向之管狀元件可在其外端翻轉，其中損壞的可能性較小。此處提供本發明裝置之一具體實例；支撐結構使用升降部件藉由支撐結構之升降構件提起；該裝置經運載至管狀元件之外端；夾持構件沿著樑自鬆開位置滑動至夾持位置，由此夾持構件在夾持位置中耦接至管狀元件之外端的壁部分；且耦接至裝置之管狀元件經翻轉，其中支撐結構相對於升降構件樞轉。在耦接至裝置之管狀元件已進入懸置位置中以到達所要位置中之後，夾持構件沿著樑自夾持位置滑動至鬆開位置以便使裝置與管狀元件解耦。

特定而言，為了將支撐結構移動至適合於待提起之管狀元件之位置的插入位置，在此方法之具體實例中，使用角度調整部件使支撐結構相對於升降構件主動地樞轉。

為了允許翻轉具有相對較小及相對較大直徑兩者之管狀元件，在本發明之具體實例中，根據管狀元件之直徑調整自鬆開位置至夾持位置之距離。出於此目的，提供實現此調整之裝置的對應具體實例。

本發明之另一態樣係關於一種如所描述具體實例中任一者之裝置與耦接至此裝置之管狀元件的總成。

本專利申請案中所描述之本發明之具體實例可在此等具體實例之任何可能組合中組合，且每一具體實例可個別地形成分案專利申請案之主題。

參看諸圖，展示用於在外端翻轉具有縱向方向之基樁20的裝置1。裝置1同樣適合於翻轉及將具有縱向方向之其他元件置放，諸如風力渦輪機桅桿之過渡連接件，視情況置放於彼此之上或置放於另一表面上。在所展示之具體實例中，裝置1包含呈相互耦接樑（2a，2b）之形式的交叉形支撐結構。舉例而言，可藉助於焊接樑部分來實現耦接。舉例而言，該等樑具有管狀橫截面，但H形樑或I形樑亦為可能的。在交叉部之中心，支撐結構具備兩個鉸接板（3a，3b），其中升降構件4藉助於銷孔連接以樞轉方式連接至支撐結構2。升降構件4設置於具有提環40之提昇側上以用於連接至諸如起重機（圖中未示）之升降部件，此連接藉由插入各自嚙合於提環40中之起重纜索來進行。提環40之功能亦可採用不同形式，例如軸桿短突部（shaft stub）或耳軸之形式。藉由升降構件4，裝置1可自升降部件懸置，其方式為使得支撐結構2可繞垂直於鉸接板（3a，3b）延行之旋轉軸線5以相對不受阻礙之方式旋轉。

裝置1進一步包含夾持構件6，該等夾持構件可沿著樑（2a，2b）自鬆開位置滑動至夾持位置。每一露營構件6具有U形橫截面且可以此方式至少部分地封圍樑（2a，2b），使得夾持構件6能夠藉由滑動表面在相關樑（2a，2b）上滑動，而不會脫離與樑（2a，2b）之接觸。在所展示之具體實例中，夾持構件6可沿著支撐結構2之下側滑動。支撐結構2之下側在此處定義為沒有升降構件4處於之側。此升降構件4處於交叉形支撐結構2之上側上。夾持構件6可藉助於在相關夾持構件6與支撐結構2之樑之間延伸的液壓活塞缸7在樑（2a，2b）上滑動。藉由如根據圖2在所指示方向8上對缸施加徑向向外移動，夾持構件6自在徑向上相對接近交叉部之中心的鬆開位置A移動至位於更遠離支撐結構之交叉部之中心的夾持位置B。如圖3中所展示，在夾持位置B中，夾持構件6在壓力下抵靠基樁20之中空外端的內壁部分20a。此情形導致夾持構件6之端表面與基樁2之內壁部分20a之間的耦接。為了進一步改善此耦接，與壁部分20a接觸之夾持構件6的端表面可具備減震元件，諸如橡膠覆蓋物。諸圖進一步展示，在夾持構件6之夾持位置中，樑（2a，2b）實質上橫向於基樁20之縱向方向21延伸。在圖3中，縱向方向21垂直於該圖之平面延行。

裝置1進一步具備連接至樑（2a，2b）之支撐構件9。支撐構件9經組態以至少沿著基樁20之周邊的部分支撐基樁20之外壁部分20b。同樣地，支撐構件9具有U形橫截面且可在樑（2a，2b）之末端部分上滑動至相關樑（2a，2b）之可調整固定位置。舉例而言，可調整固定位置由數個開口22判定，該等開口配置於樑（2a，2b）之側壁中且在該等開口中，可配置支撐構件9之對應銷92以便將此構件緊固至樑（2a，2b）。因為支撐構件9經組態以在翻轉期間支撐基樁20之外壁部分20b，所以相比夾持構件6，支撐構件9通常將在在徑向方向8上處於更徑向向外，該等夾持構件在所展示之具體實例中終究經組態以在翻轉期間夾持基樁20之內壁部分20a。

對於具有例如6 m及大於6 m之相對較大直徑及/或相對較高重量（例如，800至2300噸及大於2300噸）的基樁20，提供呈支撐結構25之形式的另外支撐件可為有用的，該支撐結構不同於支撐構件9且沿著基樁20之周邊之至少一部分23延伸。為了獲得足夠強度，將支撐結構25連接至至少兩個樑（2a、2b）可為有用的，如圖2及圖3中所展示。可與基樁20之壁部分接觸的支撐結構25之表面亦可具備例如呈橡膠覆蓋物之形式的減震元件26。

在使用期間，當基樁20被翻轉時，支撐構件9及支撐結構25兩者在部分翻轉位置中均處於基樁20之下側上。因此，支撐構件9及視需要支撐結構25特別適用於吸收基樁20之自身重量。

最後，裝置1亦具備用於相對於以樞轉方式連接至支撐結構2之升降構件4調整支撐結構2之角度位置的部件。在所展示之具體實例中，角度調整部件包含在升降構件4與支撐結構2之間延伸的液壓活塞缸24。在圖4中所展示之缸24之縮回位置中，支撐結構2之平面29實質上垂直於升降構件4之平面49延行。在此提昇位置中，升降構件4及支撐結構2之兩個平面之間的角度45實質上等於90度。藉由對缸24施加移動，支撐結構2繞旋轉軸線5旋轉至在圖4中以虛線展示之插入位置，在該插入位置中，支撐結構2之平面29實質上平行於升降構件4之平面延行。此處，升降構件4與支撐結構2之間的角度45已增加至約180度。

在使用期間，首先藉由將起重機（圖中未示）之起重纜索（圖中未示）連接至升降構件4之索環40或替代連接部件來將本發明裝置1連接至起重纜索。接著使用起重機藉由升降構件4提起支撐結構2且將其運載至基樁20之外端。必須被翻轉且例如必須配置於海床中之基樁20通常在水平位置中處於船之例如自升式平台的工作甲板上。為了使用裝置1提昇此水平定向之基樁20，藉由對缸24施加移動，將裝置之支撐結構2移動至在圖4中以虛線展示之插入位置中且插入至基樁20之中空外端中。在此處，夾持構件6在鬆開位置A中，亦即，相對接近交叉部之中心。以此方式，防止損壞基樁20之壁部分。接著夾持構件6沿著樑（2a，2b）自其鬆開位置A滑動至其夾持位置B，其中實現與基樁2之中空外端之內壁部分20a的耦接。在此夾持位置中，樑（2a，2b）實質上橫向於基樁20之縱向方向延伸。耦接至裝置1之基樁20接著藉由用起重機提舉整體來翻轉。在此處，支撐結構2相對於升降構件4樞轉直至角度45已減小至90度，換言之，直至支撐結構2之平面29實質上垂直於升降構件4之平面49延行。在此位置中，藉由起重機將耦接至裝置1之基樁20提舉至所要位置中，例如基樁20必須降低至海床上之處。在所要位置中，夾持構件6接著沿著樑（2a，2b）自夾持位置B徑向向內滑動至鬆開位置A，以便使裝置1與基樁20解耦。在翻轉基樁20期間，其可視需要由支撐構件9及/或支撐結構25進一步支撐。

將顯而易見的係，上文所描述之具體實例必須具備周邊設備，諸如液壓及電力源、其供應導管及其類似者。並未進一步詳細地描述此周邊設備。

藉由上文詳細描述之本發明裝置的具體實例，可將管狀物件（特定而言，風力渦輪機之基樁）自浮船置放至地表面上（特定而言，水底），此相比已知方法在更惡劣天氣條件下為可能的。此減小損壞管狀物件之風險。該裝置亦使得有可能操縱具有相對較大尺寸之管狀元件，其中可容納不同尺寸。

無

現將參考以下諸圖闡明本發明，而本發明並不限於此。在諸圖中： 圖1為根據本發明之具體實例的裝置之示意性透視分解圖； 圖2為圖1中所展示之具體實例在組裝狀態下的示意性俯視圖； 圖3為圖1中所展示之根據本發明的裝置之具體實例的示意性仰視圖，其中管狀元件耦接至該裝置； 圖4為圖1中所展示之根據本發明的裝置之具體實例在兩個角度位置中的示意性側視圖；及最後 圖5為圖1中所展示之根據本發明的裝置之具體實例的示意性前視圖；

Claims (20)

1. 一種用於在一外端翻轉具有一縱向方向之一管狀元件的裝置，其中該裝置包含： 相互耦接樑之一交叉形支撐結構； 一升降構件，其以樞轉方式連接至該支撐結構，該升降構件用於連接至諸如一起重機之一升降部件； 夾持構件，其可沿著該等樑自一鬆開位置滑動至一夾持位置以用於在該夾持位置中耦接至該管狀元件之該外端的一壁部分，在該夾持位置中，該等樑實質上橫向於該管狀元件之該縱向方向延伸。
2. 如請求項1所述之裝置，其中該等夾持構件可自該鬆開位置滑動至一夾持位置以用於耦接至該管狀元件之一中空外端的一內壁部分，該夾持位置位於相比該鬆開位置更遠離該支撐結構之交叉部之一中心。
3. 如請求項1或2所述之裝置，其中該裝置進一步包含連接至該樑之支撐構件，該等支撐構件用於該管狀元件之一壁部分。
4. 如請求項3所述之裝置，其中該等支撐構件在該樑之可調整固定位置處連接至該樑。
5. 如請求項3或4所述之裝置，其中該等支撐構件經組態以支撐該管狀元件之一外壁部分。
6. 如請求項1至5中任一項所述之裝置，其中該裝置進一步包含一支撐結構，該支撐結構不同於該等支撐構件且至少沿著該管狀元件之周邊之一部分延伸。
7. 如請求項6所述之裝置，其中該支撐結構連接至至少兩個樑。
8. 如請求項1至7中任一項所述之裝置，其中該裝置進一步包含用於相對於該升降構件調整該支撐結構之角度位置的部件，該升降構件以樞轉方式耦接至該支撐結構。
9. 如請求項8所述之裝置，其中角度調整部件包含在該升降構件與該支撐結構之間延伸的一液壓活塞缸。
10. 如請求項1至9中任一項所述之裝置，其中該升降構件處於該交叉形支撐結構之一上側上以用於連接至該升降部件，且該等夾持構件可沿著該支撐結構之一下側滑動。
11. 如請求項1至10中任一項所述之裝置，其中該等夾持構件可藉助於在一夾持構件與該支撐結構之間延伸的一液壓活塞缸滑動。
12. 如請求項1至11中任一項所述之裝置，其中可與該管狀元件之壁部分接觸的表面具備減震元件，諸如橡膠覆蓋物。
13. 如請求項1至12中任一項所述之裝置，其中該交叉形支撐結構為X形及/或Y形。
14. 如請求項1至13中任一項所述之裝置，其中該裝置進一步包含一升降部件，該升降部件由一載體結構運載以用於藉由該升降構件提起該支撐結構。
15. 如請求項1至14中任一項所述之裝置，其中該載體結構包含一浮船。
16. 如請求項1至15中任一項所述之裝置，其中該管狀元件為一風力渦輪機之一基樁。
17. 一種用於在一外端翻轉具有一縱向方向之一管狀元件的方法，其中該方法包含以下步驟： 提供如請求項1至16中任一項所述之一裝置； 使用一升降部件藉由該升降構件提起該支撐結構； 將該裝置運載至該管狀元件之一外端； 將該等夾持構件沿著該等樑自一鬆開位置滑動至一夾持位置以用於在該夾持位置中耦接至該管狀元件之該外端的一壁部分，在該夾持位置中，該等樑實質上橫向於該管狀元件之該縱向方向延伸； 翻轉耦接至該裝置之該管狀元件，其中該支撐結構相對於該升降構件樞轉； 將耦接至該裝置之該管狀元件提昇至一所要位置中；及 將該等夾持構件沿著該等樑自該夾持位置滑動至該鬆開位置以便使該裝置與該管狀元件解耦。
18. 如請求項17所述之方法，其中該支撐結構係使用角度調整部件相對於該升降構件主動地樞轉。
19. 如請求項16或17所述之方法，其中自該鬆開位置至該夾持位置之距離係根據該管狀元件之直徑而調整。
20. 一種如請求項1至16中任一項所述之一裝置與耦接至該裝置之一管狀元件的總成。

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