TWI842720B - 用於從受制於運動之船隻的甲板提升物件的裝置及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明描述一種用於從受制於在一起伏方向上運動之一船隻的一甲板提升一細長物件的裝置。該裝置包含設置於該船隻之該甲板上用於相對於該甲板將該物件支撐於一第一高度處的剛性支撐件，及設置於該船隻之該甲板上用於相對於該甲板將該物件支撐於一第二高度處的可伸縮支撐件，該第二高度大於該第一高度。一提升起重機經組態以在該第二高度處從該等可伸縮支撐件舉起該物件。一致動器系統經組態以在該物件從該等可伸縮支撐件提升之時刻處使該等可伸縮支撐件相對於該甲板在該起伏方向上降低至一第三高度，該第三高度小於該第二高度。本發明亦描述一種使用該裝置之方法。

Description

用於從受制於運動之船隻的甲板提升物件的裝置及方法
本發明係關於一種用於在縱移(surge)、橫移(sway)及起伏(heave)方向上從受制於運動之船隻的甲板提升細長物件的裝置及方法。本發明尤其係關於一種用於從受制於運動之船隻的甲板提升風力渦輪機之組件的裝置及方法。
將參考離岸風力渦輪機之組件闡明本發明。然而，對此風力渦輪機之參考並不暗示本發明限於此，且裝置及方法可應用於提升任何其他物件，諸如用於離岸基礎結構、防波堤、雷達塔及其他塔，及其類似者。
水體中之受制於依六個自由度的運動。平移運動包含起伏、橫移及縱移。其中起伏為豎直運動，橫移為從一側至另一側或左舷至右舷運動，且縱移為從前至後或船頭至船尾運動。旋轉運動包含縱搖(pitch)、橫搖(roll)及艏搖(yaw)。其中縱搖為船隻繞其側向(左舷-右舷)軸線之旋轉，橫搖為繞其縱向(船頭-船尾)軸線之旋轉，且艏搖為繞其豎直軸線之旋轉。起伏、橫移、縱移、縱搖、橫搖及艏搖運動限定於對於浮動船隻固定之座標系統中，且因此可能與由對於外界固定之座標系統限定的豎直及兩個水平方向上的運動不同。
水體的運動轉移至在水體中浮動之船隻。隨後，所引起的船隻運 動將運動及加速度強加於藉由船隻運輸或在船隻上操縱之物件。舉例而言，在使用起重機從浮動船隻之甲板提升物件時，在提升操作期間浮動船隻與物件之間的相對運動可導致物件再撞擊船隻之部分或船隻上的另一結構。在提升起重機並未設置於浮動船隻自身上，而係設置於另一浮動船隻上及/或穩定船隻或另一平台(諸如與物件之船隻分離的昇降式平台)上時尤其如此。再撞擊組件與浮動船隻可能損壞所提升物件、船隻之部分、兩者，或所提升物件附近之其他物品。舉例而言，在再撞擊之後，物件可能受制於不可控擺動運動。
根據目前先進技術，在提升期間所提升物件與船隻的再撞擊的風險可藉由提供經組態以積極地補償物件相對於船隻之甲板之運動的系統而避免。此系統可例如補償船隻的兩個旋轉運動(縱搖及橫搖)及一個平移(起伏)運動，以便使承載物件之平台在船隻在縱搖、橫搖及起伏方向上在下方移動時在相對於外界參考系之固定高度處保持實質上水平。已知的主動補償系統可結合固定起重機操作，典型地設置於昇降式平台之甲板上，與承載待提升之物件的浮動船隻分離。主動補償將固持平台及在該平台的頂部上之相對於該固定起重機實質上固定的物件。昇降式船隻之支柱提供所需穩定性。
儘管在某些情況下可使用已知系統，但其缺乏靈活性。其不可用於較大物件。此外，主動補償必須在提升之前、期間及之後可操作，且材料及人員傷害之風險實質上應為補償出於一些原因暫時失效。
本發明之目標在於提供一種可以高效及失效保險之方式限制上述再撞擊風險的裝置及方法。另一目標在於提供一種使得有可能從船隻，尤其浮動船隻之甲板安全地將物件提升離岸的裝置及方法。
根據本發明出於此目的提供如技術方案1之裝置。該裝置適用於 從受制於在起伏方向上運動之船隻的甲板提升細長物件，且包含：-剛性支撐件，其設置於該船隻之該甲板上以用於相對於該甲板將該物件支撐於一第一高度處；-可伸縮支撐件，其設置於該船隻之該甲板上以用於相對於該甲板將該物件支撐於一第二高度處，該第二高度大於該第一高度；-一提升起重機，其經組態以在該第二高度處從該等可伸縮支撐件舉起該物件；及-一致動器系統，其經組態以在該物件從該等可伸縮支撐件提升之一時刻處使該等可伸縮支撐件相對於該甲板在該起伏方向上降低至一第三高度，該第三高度小於該第二高度。
本發明使得能夠增強用於從浮動船隻之甲板提升物件而不具有再撞擊，且不必使用複雜的持續主動補償系統的可工作海洋狀態。用於提升而無再撞擊且無任何補償系統之可工作海洋狀態可由以下限定：待提升之物件的規格(幾何形狀及重量)；為確保安全提升操作所考慮之工程化動態放大因數(Amplification Factor；DAF)；起重機之提升速度及浮動船隻之規格，包括船隻的裝載組態。
本發明可設想為所使用提升起重機之提升速度的人為提高。藉由在船隻上引入用於物件之可伸縮支撐件，所提升物件與可伸縮支撐件之間存在的相對速度及加速度實際上在提升後即增大，一旦物件從可伸縮支撐件提升，該等可伸縮支撐件能夠在起伏方向上朝向浮動船隻之甲板收縮。在起伏方向上朝向船隻之甲板的收縮在與提升方向相反之方向上發生，該提升方向遠離船隻之甲板。
可例如在物件之重量的實質部分，直至物件之總重量從可伸縮支撐件轉移至提升起重機時偵測到提升時刻。可伸縮支撐件之下降或收縮速度以 此方式實際上添加至起重機之提升速度。
此顯著降低再撞擊之風險，尤其在船隻之甲板在豎直方向上之向上運動由船隻之起伏、縱搖或橫搖引起的情況下。
本發明之一具體實例提供一種包含經組態以判定時刻，即物件脫離可伸縮支撐件之時刻之偵測器的裝置。
如上文已提及，船隻在水上浮動時受制於呈現6個自由度之運動，包括三個平移運動及三個旋轉運動。在與船隻有關，且將z軸定義為豎直地延伸，將x軸定義為在船隻之縱向方向上延伸且將y軸定義為在船隻之橫向方向上延伸的笛卡爾座標系統中，x軸平移運動在此項技術中被稱作縱移，y軸平移運動被稱作橫移，且z軸平移運動被稱作起伏。船隻圍繞x軸之旋轉運動被稱作橫搖，約y軸之旋轉被稱作縱搖，且船隻圍繞z軸之旋轉被稱作艏搖。值得注意地，藉由船隻之甲板形成的(x,y)平面將不與平行於水下底部運動延伸之平面平行，此精確地歸因於船隻在水上的運動。本發明裝置尤其在船隻的起伏或z方向上操作。
可伸縮支撐件之合適的下降或收縮速度及收縮距離或高度可基於逐個情況判定，以達成特定最大海洋狀態進行工作的情形且獲得用於提升操作之隨附可工作性。
本發明可用於提升任何細長物件。此類物件之實例包含但不限於：渦輪機組件，諸如塔(零件)、全塔、分離塔部分(例如兩個或三個部分)、葉片；風力渦輪機基礎組件，諸如單樁基礎、變口體，及所有類型的導管架基礎；及一般物品，諸如但不限於離岸風力渦輪機(基礎)安裝設備，及備用船隻及設備零件。物件之重量對於本發明而言不重要，但稱重350噸(例如分離塔部分)且直至1600噸(例如單樁基礎)及更大之物件可使用本發明裝置之支撐件提升。
一或多個提升點可位於待提升物件上各處。細長物件亦可藉由在物件之合適的提升區域處舉起該物件而提升。此區域(或多個區域)可位於待提升之物件上各處。細長物件可藉由設置於船隻之甲板上的處於實質上水平位點，即大致平行於船隻之甲板的剛性支撐件支撐。此細長物件可藉由提供懸掛支架及吊索方便地提升，且將物件懸掛於吊索中。此具體實例中之提升區域較佳地提供以使得物件在懸掛於吊索中時處於實質上平衡。
根據本發明之一具體實例，剛性支撐件經提供以支撐物件之末端部分，且可伸縮支撐件設置於剛性支撐件之間的位點中。可伸縮支撐件之數目可根據諸如待提升之物件的重量及長度的需要而選擇。
根據本發明之一具體實例，剛性支撐件連接至甲板以便實質上防止剛性支撐件相對於甲板在橫移、縱移及起伏方向上的運動。在此具體實例中，剛性支撐件連接至甲板，使得剛性支撐件實質上隨船隻之甲板的運動一起在橫移、縱移及起伏方向上移動。
根據本發明之一具體實例，可伸縮支撐件連接至甲板以便實質上防止可伸縮支撐件相對於甲板在橫移、縱移及起伏方向上的運動。儘管如此，按照可伸縮支撐件之定義，可伸縮支撐件之部分能夠相對於船隻之甲板在起伏方向上移動。在此具體實例中，可伸縮支撐件連接至甲板，使得可伸縮支撐件實質上隨船隻之甲板的運動一起在橫移、縱移及起伏方向上移動。
根據本發明之一具體實例，剛性支撐件連接至甲板，以便實質上防止相對於甲板設置於第一高度處之物件在船隻之橫移及/或縱移及/或起伏方向上或關於縱移及/或橫移方向以任何非零銳角運動。在第一高度處，物件在起伏方向上之運動可藉由物件自身之天然重量防止，而且可藉由用以將物件保持於起伏方向上之適當位置的併入系統積極地防止。在此具體實例中，剛性支撐件連接至甲板，以使得在第一高度處設置於剛性支撐件中(或其上)之物件隨 船隻之甲板的運動一起在橫移及/或縱移及/或起伏方向或橫移及/或縱移方向之任何非零銳角上實質上移動。
根據本發明之一具體實例，剛性支撐件連接至甲板，以便實質上防止相對於甲板設置於第二高度處之物件在船隻之縱移及/或橫移方向上或關於縱移及/或橫移方向以任何非零銳角運動。在第二高度處，物件在起伏方向上之運動將藉由物件自身之天然重量防止。在此具體實例中，剛性支撐件連接至甲板，以使得在第二高度處設置於剛性支撐件中(或抵靠其)之物件隨船隻之甲板的運動一起在橫移及/或縱移方向上或關於橫移及/或縱移方向以任何非零銳角實質上移動。舉例而言，此可藉由提供仍在至少橫移及/或縱移方向上或關於此等方向以其他非零銳角與設置於第二高度處之物件接觸的剛性支撐件來達成。當可伸縮支撐件將物件從第一高度提升至第二高度時，物件之重量將從剛性支撐件轉移至可伸縮支撐件上。
如藉由承載物件之剛性支撐件提供之物件的第一高度可高於甲板。如藉由承載物件之可伸縮支撐件提供之物件的(較大)第二高度隨後亦將高於甲板。可伸縮支撐件在收縮位點中之第三高度可低於甲板但較佳地亦高於甲板，即使在比第二高度更低的高度處。
裝置(之可伸縮支撐件)之收縮高度能力，即裝置能夠橋接之第二高度與第三高度之間的差，可根據用於每一特定提升操作之已知工程化實踐判定。本發明裝置根據顧客需要提供定製靈活性，該等顧客需要考慮其必須操作之特定船隻、待提升之物件的特定最大尺寸及重量、操作性起重機限制，及想要安全地操作之海洋狀態。藉由針對所有特定提升執行運動分析，可識別最壞情形且可限定裝置之最大收縮高度及可伸縮支撐件大小。此情形亦使得裝置對於提升不太重要之物件係合適且無故障的。
本發明之有用具體實例提供一種裝置，其中第二高度與第三高度 之間的差(收縮高度能力)大於0.5m，更佳地大於0.75m，甚至更佳地大於1m，甚至更佳地大於1.25m，且最佳地大於1.5m。在其他有用具體實例中，收縮高度能力小於3m，甚至更佳地小於2.5m，甚至更佳地小於2.0m，且最佳地小於1.75m。
可伸縮支撐件之下降速度亦可取決於眼前之環境，例如取決於藉由提升起重機提供之最大提升速度，在較大範圍內選擇。本發明之一具體實例提供一種裝置，其中提升起重機具有最大提升速度，且裝置之致動器系統經組態以在大於最大提升速度之10%、更佳地大於最大提升速度之25%，且甚至更佳地大於最大提升速度之50%的下降速度下降低可伸縮支撐件。
可伸縮支撐件從第二高度至第三高度的收縮或下降較佳相對快速地發生，以避免所提升物件與船隻零件(其亦可為可伸縮支撐件自身)之任何碰撞或再撞擊。其有用的具體實例提供一種裝置，其中致動器系統經組態以在大於重力加速度之10%、更佳地大於重力加速度之25%、甚至更佳地大於重力加速度之50%，且最佳地實質上等於或甚至大於重力加速度之下降加速度下降低可伸縮支撐件。
可伸縮支撐件被稱為「可伸縮的」，此係由於此等支撐件可在浮動船隻之起伏方向上移動用於物件之支撐表面。「可伸縮」之特徵並不意謂可伸縮支撐件應能夠在其他方向上，諸如縱移及橫移方向上跨越船隻之甲板移動。
可伸縮支撐件可各自以其自身獨立的加速度及速度降低及提升。然而，較佳為一具體實例，其中致動器系統經組態以在對於所有可伸縮支撐件實質上相等的加速度及速度下降低及升高可伸縮支撐件。
在根據本發明之裝置的實際具體實例中，致動器系統包含距離變化構件，該等距離變化構件設置於可伸縮支撐件與諸如藉由船隻之甲板提供的基礎表面之間，且經組態以改變在起伏方向上的在可伸縮支撐件與基礎表面之 間的距離。基礎表面為距離變化構件提供實質上剛性支撐，且允許彼等構件遠離基礎表面「推動」可伸縮支撐件及定位於其上之物件。基礎表面吸收藉由可伸縮支撐件及距離變化構件傳輸至船隻之承載結構的物件之重量。
適宜具體實例提供包含缸-活塞單元之距離變化構件。
在本發明之有用的具體實例中，可伸縮支撐件各自包含一對支柱，該等支柱定位於物件之中心線的相反側處且攜帶設置於該對支柱之間的吊索以用於支撐該物件。吊索可連接至在甲板之支柱或其他部分上的連接點，可在設置於支柱之頂端處的滑輪上方運行，接著可設置於物件下方且使物件之中心線的相對側處的表面引導至該對支柱中的第二支柱，接著可在設置於第二支柱之頂端處的滑輪上方運行，且降低至設置於該第二支柱或甲板之另一部分上的連接點。在此具體實例中，可藉由延伸距離變化構件以增大連接點與各支柱之滑輪之間的豎直距離而將物件帶至第二高度。替代地，吊索可藉由收縮距離變化構件遠離所提升物件降低至第三高度以縮短連接點與各支柱之滑輪之間的豎直距離。換言之，使滑輪朝向船隻之甲板。
適宜地，距離變化構件在一些具體實例中併入於支柱中。
根據一些具體實例之本發明之致動器系統至少包含可伸縮支撐件，距離變化構件用於相對於船隻之甲板降低或提升可伸縮支撐件。另一有用的具體實例係關於一種裝置，其中致動器系統之組件藉由包含泵或高壓單元及/或蓄壓器之液壓系統互連。液壓系統可包含缸-活塞單元作為距離變化構件。此類缸-活塞單元典型地包含活塞側及壓力側，且後者以液壓方式連接至泵或蓄壓器以用於對缸-活塞單元加壓。對缸-活塞單元加壓使得活塞從缸-延伸，而減壓使得該活塞收縮。
又一具體實例係關於一種裝置，其中甲板支撐複數個剛性且可伸縮的支撐件，該等支撐件對準以支撐一個細長物件。此具體實例允許將複數個 物件儲存及固定於船隻上。
在本發明之另一具體實例中，提供一種裝置，其中可伸縮支撐件可例如藉由向其提供輪子而在船隻之甲板上方移動，該等輪子經組態以在設置於甲板上之軌道上方轉動。
根據本發明之一具體實例，裝置包含經組態以判定從可伸縮支撐件提升物件之時刻的偵測器。此項技術中已知的任何裝置、人員或方法可用於此目的。舉例而言，有可能藉由操作人員，例如提升起重機之操作員偵測從支撐件提升物件之時刻。偵測器包含光學構件，諸如定向至可伸縮支撐件之攝影機亦為有可能的。本發明之有用的具體實例提供一種裝置，其中偵測器包含設置於可伸縮支撐件中的力感測器。設置於可伸縮支撐件中之力感測器或複數個力感測器將偵測當物件由第二高度處之可伸縮支撐件支撐時的力。當物件已離開可伸縮支撐件時，此力將減小至可忽略或零值。因此，量測該力得到關於物件從表面提升之時刻的資訊。另一具體實例可使用設置於提升起重機中之載荷量測系統。當物件之總重量或物件重量之預定義部分實際上藉由起重機載荷量測系統登記時，此將對應於提升時刻。
偵測器之輸出產生至本發明裝置之致動器系統的控制訊號以收縮可伸縮支撐件。舉例而言，控制訊號可藉由此項技術中之任何構件，諸如藉由無線系統傳輸。
又一具體實例係關於一種裝置，其中監測構件經組態以藉由監測船隻在豎直方向上在物件之位置處之週期性運動來判定將要提升物件的最佳時刻。此類監測構件本身已知且可包含加速度計及/或陀螺儀及/或運動參考單元及/或其他感測器。較佳地，監測構件經組態以判定船隻在豎直方向上在物件之位置處的最大高度。接著，在物件位置處之浮動船隻在豎直方向上經歷其週期性運動中之最大高度的時刻處起始提升操作可為合乎需要的。任選的監測構件之 目標在於預見較佳地起始提升操作之時刻，或換言之，判定用於提升之預期時刻。任選的偵測器之目標在於實際上判定此時刻。
本發明之裝置可藉由船隻、起重機或裝置之任何其他組件的操作員操作。舉例而言，起重機之操作員可在從可伸縮支撐件提升物件之時刻處操作起重機，且大約同時操作致動器系統以在該時刻處使可伸縮支撐件相對於甲板以一下降速度降低至起伏方向上之第三高度。在此具體實例中，操作員充當所主張之偵測器。操作員亦可查看偵測器之輸出值，且在此等值經受突然變化時，回應於偵測器輸出操作致動器系統。
在本發明之有用的具體實例中，裝置進一步包含經組態以回應於偵測器輸出產生用於致動器系統之控制訊號的控制系統。特定言之，此類控制系統可經組態以回應於在一提升時刻處經受突然變化之偵測器輸出產生用於致動器系統之控制訊號，該等控制訊號使得可伸縮支撐件在該時刻處相對於甲板在起伏方向上以一下降速度降低至第三高度。
待提升之物件的準確定位可藉由本發明裝置之具體實例增強，其中船隻包含動態定位(dynamic positioning；DP)或繫泊系統。本身已知的此類系統允許將船隻保持在相對於水下底部之相對恆定位點中及/或相對於起重機之相對恆定位點中，至少在一些容限內，而無需使用錨柱，例如，如在昇降式平台中。繫泊系統可包含多個繫泊線，該等繫泊線設置在具有用於連接至水下底部之合適構件或用於連接至另一結構之構件的一個末端處，且在另一末端處圍繞絞車或其他適合的收進/放出構件而設置。繫泊線之數目可方便地在一與任何數字之間選擇，例如2、3、4、5、6、7、8、9、10或甚至更大。定位系統之目標在於保持浮動船隻相對於水下底部或相對於用於在安全距離內從起重機之位點提升的起重機之實際位點，從而允許安全提升操作。
根據如所附申請專利範圍中闡明之方法，裝置尤其適用於提升風 力渦輪機之基礎元件且將基礎元件從船隻(較佳地浮動船隻)之甲板提供至水下底部中。
本發明之尤其適用之目的在於藉由採用設置於另一浮動或昇降式船隻上或不同於浮動船隻之任何其他可能的支撐底座上的提升起重機來輔助從自身可能缺乏適用於提升物件之起重機的浮動船隻提升物件。在已從浮動船隻提升物件之後，物件可直接置放至水下底部之上或之中。然而，物件亦可能置放於浮動船隻自身之甲板上，或物件可置放至起重機範圍內的又一支援平台之甲板上，該甲板可為另一浮動或昇降式船隻的甲板。另一可能性在於將物件置放在預安裝之風力渦輪機發電機(wind turbine generator；WTG)部分的頂部上，或在岸壁、防波堤、石油鑽井平台及其類似者。
本發明之另一態樣實際上係關於一種用於從受制於在起伏方向上運動之船隻的甲板提升細長物件之方法，該方法包含：-在設置於該船隻之該甲板上的剛性支撐件上相對於該甲板在該起伏方向上將待提升之該物件支撐於一第一高度處；- 相對於該甲板在一第二高度處引入設置於該船隻之該甲板上的可伸縮支撐件，該第二高度大於該第一高度，以便從該等剛性支撐件接替對該物件之支撐；-藉由一提升起重機在該第二高度處從該等可伸縮支撐件舉起該物件；及-激活致動器系統以在該物件從該等可伸縮支撐件提升之時刻處使該等可伸縮支撐件相對於該甲板在該起伏方向上降低至一第三高度，該第三高度小於該第二高度。
本發明方法之一具體實例進一步包含將物件降低至水下底部之上及之中，且從提升起重機解耦物件。如上文所提及，該方法亦可包含使物件降低至任何其他支撐底座上，諸如在容納提升起重機之船隻的甲板上，或在不 一定在水下而是亦可在水上之另一平台的甲板上，另一平台為諸如預安裝基礎、另一昇降式船隻或岸壁。
方法之另一有用的具體實例進一步包含藉由監測船隻在起伏方向上之週期性運動來判定將要提升物件之時刻。將要提升物件之時刻較佳地對應於船隻在豎直方向上在物件之位置處之最大高度。
方法之另一有用的具體實例包含藉由偵測器判定從可伸縮支撐件提升物件之時刻。
方法之又其他有用的具體實例為此等：其中剛性支撐件連接至甲板，且藉由該等剛性支撐件支撐之物件相對於甲板在橫移及縱移方向上之運動實質上得以防止；其中可伸縮支撐件之第二高度高於甲板；其中可伸縮支撐件之第三高度高於甲板；其中第一高度與第二高度之間的差大於0.5m，更佳地大於1m，更佳地小於2m，且甚至更佳地小於1.5m；其中提升起重機具有最大提升速度，且致動器系統在大於最大提升速度之10%、更佳地大於最大提升速度之25%，且甚至更佳地大於最大提升速度之50%的下降速度下降低表面；其中致動器系統在實質上等於重力加速度之下降加速度下降低可伸縮支撐件；其中在起伏方向上在可伸縮支撐件與諸如藉由船隻之甲板提供之基礎表面之間的距離藉由包含距離變化構件的致動器系統改變，距離變化構件設置於可伸縮支撐件與基礎表面之間；其中在起伏方向上在可伸縮支撐件與基礎表面之間的距離藉由缸-活塞單元改變；其中基礎表面在縱移及橫移方向中之至少一者上跨越船隻之甲板移動；其中感測器在物件位置處量測強加於船隻之運動且判定開始提升操作之最佳時刻；其中從可伸縮支撐件提升物件之時刻偵測器藉由設置於可伸縮支撐件中之力感測器或藉由任何其他合適的感測器判定；其中控制系統回應於偵測器輸出(較佳地力感測器)產生用於致動器系統之控制訊號；及/或其中船隻為浮動船隻且其位點藉由動態定位(DP)或繫泊系統調節。
明確地陳述本專利申請案中所描述之本發明之具體實例可以此等具體實例之任何可能的組合形式組合，且各具體實例可個別地形成分案專利申請案之主題。
1:船隻
2:裝置
3:單樁基礎
3a:末端部分
3b:末端部分
4:甲板
5:提升起重機
5a:起重索
5b:起重滑車
5c:掛鉤
6:可伸縮支撐件
7:縱移方向
8:橫移方向
10:起伏方向
11:第二高度
11a:第一高度
12:第三高度
14:吊索
15:連接點
15-1:連接點
15-2:連接點
16:缸活塞單元/缸-活塞單元/千斤頂
16-1:缸活塞單元
16-2:缸活塞單元
16a:主體
16b:活塞
17:滑輪
17-1:滑輪
17-2:滑輪
18:高液壓單元
19:儲存單元
20:收縮閥
21:泵閥
22:力感測器
23:控制器
24:操作人員
25:液壓軟管
30:船隻
31:吊索
32:承載支架
33:錨柱
34:剛性支撐件
34a:側壁
34b:側壁
35:中心線
40:第二浮動船隻
60:支柱
60-1:第一支柱
60-2:第二支柱
62:托韌樑
63:托韌板
150:連接件
170:滑輪
330:支撐區域
600:支柱
601:第二支柱
現將參考後續圖式闡明本發明，然而本發明並不限於此。在圖式中：圖1表示根據本發明之一具體實例的具有物件之浮動船隻及用於提升物件之裝置的示意性透視圖，其中提升起重機自昇降式平台操作；圖2表示根據圖1之具體實例的具有物件之浮動船隻及用於提升物件之裝置的示意性透視圖，但其中提升起重機自另一浮動船隻操作；圖3表示根據本發明之一具體實例的在藉由剛性支撐件支撐之位點中具有待提升物件之裝置的示意性透視圖；圖4表示根據圖3中展示之具體實例的在藉由可伸縮支撐件支撐之位點中具有待提升物件之裝置的示意性透視圖；圖5表示根據本發明之一具體實例的一對可伸縮支撐件的示意性透視圖；圖6表示根據本發明之一具體實例的裝置之剛性支撐件的示意性橫截面正視圖。左圖係根據圖3且表示物件在第一高度處之位點，右圖係根據圖4且表示物件在第二高度處之位點；圖7A至圖7D表示根據本發明之又其他具體實例的可伸縮支撐件的示意性透視圖；圖8表示根據本發明之一具體實例的致動器控制系統的示意圖；且最終圖9表示根據本發明之另一具體實例的致動器控制系統的示意圖。
參考圖1，展示根據本發明之一具體實例的裝備有兩個裝置2之船隻1。船隻1自由浮動且可例如表示駁船或平台供應船隻。裝置2用於輔助從船隻1之甲板4提升單樁基礎3。
昇降式平台30緊接於浮動船隻1定位且支撐提升起重機5，該提升起重機5圍繞底座上之豎直軸線以可樞轉方式設置。起重機5具有起重索5a，且在其自由外部端處具有帶掛鉤5c之起重滑車5b，藉由在附接至承載支架32之末端的吊索31中提供單樁基礎3，可將單樁基礎3懸掛在該掛鉤5c上。昇降式平台30藉由擱置於水下底部上之錨柱33相對於水下底部穩定，且提升較佳地在昇降式位點中執行。
圖2展示另一具體實例，其中提升起重機5藉由緊接於浮動船隻1設置之第二浮動船隻40支撐，待提升之單樁基礎3儲存於該浮動船隻1上。在圖2中所示之具體實例中，船隻40可裝備有本身已知的動態定位及/或繫泊系統(未圖示)。在此具體實例中之浮動船隻40能夠保持對其艏搖、縱移及橫移運動之控制，且將此等運動限制於預定可允許距離。此具體實例有助於進一步降低在單樁基礎3的提升期間損壞提升起重機5之風險，此係因為提升起重機5相對於待提升之單樁基礎3的運動藉由動態定位及/或繫泊系統保持於可允許距離內。
如圖3及圖4中所示，待提升之物件，諸如單樁基礎3，係藉由包含兩個剛性支撐件34之適航緊固系統支撐，該兩個剛性支撐件設置於船隻1之甲板4上，在單樁基礎3之各末端處。剛性支撐件34經組態用於相對於甲板4之高度將單樁基礎3支撐於第一高度11a處。所展示之剛性支撐件34經塑形以使得其在例如運輸期間且在提升之前容納單樁基礎3之實質上圓形末端部分(3a、3b)，亦如圖6之左側上的橫截面圖中所示出。
在浮動船隻1之運輸期間，單樁基礎3的豎直向上運動可藉由單樁 基礎3之天然重量防止。剛性支撐件34亦可裝備有暫時性鎖定系統以防止單樁基礎3之向上運動。此鎖定系統可例如包含針孔鎖定系統(未圖示)，且在單樁基礎3之天然重量不足以防止運輸期間之向上運動時尤其適用。
複數個可伸縮支撐件6設置於單樁基礎3之末端部分(3a、3b)之間。可伸縮支撐件6經組態用於相對於甲板4在第二高度11處將單樁基礎3支撐於多個支撐區域330處，該第二高度11相對於甲板4在起伏方向10上大於第一高度11a。多個可伸縮支撐件6可沿平行於單樁基礎3之中心線35的線設置，如圖所示。舉例而言，在圖1及圖2中所示之具體實例中，複數個可伸縮支撐件6與兩個剛性支撐件34對準以承載單樁基礎3。此配置在橫移方向8上重複一次以在相同船隻1上獲得第二裝置2。裝置2亦可定位於相對於船隻1之甲板4的任何其他定向中。
根據本發明之一具體實例裝置2包含：剛性支撐件34；可伸縮支撐件6；提升起重機5，其經組態以在可伸縮支撐件6之提升點處以一提升速度從該等可伸縮支撐件舉起單樁基礎3；感測器，其經組態以判定開始提升操作之最佳時刻；偵測器，其經組態以判定從設置於第二高度11處之可伸縮支撐件6提升單樁基礎3的時刻；致動器系統，其經組態以在提升時刻處使可伸縮支撐件6相對於甲板4在起伏方向10上以一下降速度朝向甲板4降低至第三高度12。
如圖5中針對一個具體實例所示，可伸縮支撐件6各自包含定位於單樁基礎3之中心線35的相反側處之一對支柱60。支柱60穩固地焊接船隻1之甲板4且藉由托韌樑62及托韌板63加固。支柱60進一步包含充當距離變化構件之缸-活塞單元16。各缸-活塞單元或千斤頂16具有主體16a，其中活塞16b可在加壓油之作用下移動。吊索14設置於該對支柱60之間以用於將單樁基礎3支撐於周向支撐區域330中。吊索14可連接至第一支柱60-1上(或如圖所示，在活塞16b之頂部處)之連接點15-1，可在設置於支柱60-1之頂端處的滑輪17-1上方運行，接著可設置於單樁基礎3下方且使單樁基礎3之(中心線35之)相對側的表面引導至該 對支柱60中之第二支柱60-2，接著可在設置於第二支柱60-2之頂端處的滑輪17-2上方運行，且降低至設置於該第二支柱60-2上之活塞16b的頂端處的連接點15-2。在此具體實例中，單樁基礎3可藉由朝向甲板4收縮缸-活塞單元或千斤頂16從第一高度11a帶至第二高度11，在該第一高度處單樁基礎3擱置在剛性支撐件34上。在所展示之具體實例中，此將增大連接點15與各支柱60之對應滑輪17之間的豎直距離(在起伏方向10上)，且將使吊索14遠離甲板4向上移動且將單樁基礎3帶至較大第二高度11。替代地，吊索14亦可藉由遠離甲板4延伸缸-活塞單元或千斤頂16而遠離所提升單樁基礎3降低至第三高度12，以縮短連接點15與各支柱60之對應滑輪17之間的豎直距離。較佳地，致動器系統可經組態以在對於所有可伸縮支撐件6實質上相等的下降加速度下提升或降低可伸縮支撐件6。
如圖4及圖6中所示，當使單樁基礎3處於第二高度11時，其至少在起伏方向10上脫離藉由剛性支撐件34提供之支撐表面，且單樁基礎3之重量藉由可伸縮支撐件6直接承載於吊索14上。液壓缸活塞16略微延伸以便將單樁基礎3從圖3中展示的位點(其中單樁基礎3固持於第一高度11a處)帶至圖4中展示之位點(其中單樁基礎3固持於第二高度11處)。儘管已圍繞單樁基礎3施加具有吊索31之承載支架32，但吊索31圍繞單樁基礎3鬆弛地施加，且單樁基礎3之重量實質上僅由可伸縮支撐件6承載。側壁(34a、34b)在實質上防止懸掛於吊索14中之單樁基礎3相對於甲板4在橫移方向8及/或縱移方向7上或橫移方向8及/或縱移方向7之任何非零銳角上之運動的此類高度處提供至剛性支撐件34。
致動器系統設置於滑輪17與可伸縮支撐件6之底座之間，且經組態以改變滑輪17及/或連接點15相對於諸如由船隻1之甲板4提供之底座的相對豎直位置。所展示之致動器系統包含呈缸-活塞單元16之形式的距離變化構件。高液壓單元(high pressure unit；HPU)18經由液壓軟管25向缸-活塞單元或千斤頂16提供經加壓液壓油。缸-活塞單元16各自具有在起伏方向10上延伸以能夠改變 在起伏方向10上之距離的縱向軸線。縱向軸線亦可以另一方向定向，只要力組件保持在起伏方向10上即可。
達至可伸縮支撐件6之上升位點的第二高度11與達至可伸縮支撐件6之收縮位點的第三高度12之間的差，亦被稱作可伸縮高度，可大於0.5m，更佳地大於1m，且亦可限於小於2m，且甚至更佳地小於1.5m。可伸縮高度可根據已知工程化實踐由再撞擊機率估計。此機率可基於外部因素定量，外部因素諸如但不限於：在再撞擊之後的物件之可能的價值損失，及/或在再撞擊之後的裝置2之可能的價值損失，及/或在再撞擊之後的浮動船隻1之可能的價值損失，及/或在再撞擊之後的提升起重機5之可能的價值損失，及/或固持起重機5之船隻30及/或40的可能的價值損失。
參考圖7A至圖7D，展示可伸縮支撐件6，或至少其可伸縮支柱60之若干具體實例。圖7A之具體實例具有在缸-側處緊固至船隻1之甲板4的一個缸-活塞單元16。活塞側經由設置於活塞16b之末端處的連接件15連接至吊索14。
圖7B之具體實例具有在各缸-側處緊固至船隻1之甲板4的兩個缸-活塞單元16-1及16-2。活塞側皆連接至共同滑輪17，而吊索14連接至設置於可伸縮支撐件6之底端處的連接件150。
圖7C之具體實例具有一個缸-活塞單元16，其設置於在底端處具有額外滑輪170之支柱600中，該缸-活塞單元可沿支柱600平移。吊索附接至滑輪170且在設置於第二支柱601上的另一滑輪17上方運行，該第二支柱亦緊固至船隻1之甲板4。
圖7D之具體實例已在上文更詳細地描述。圖7之具體實例僅出於說明性目的展示且不應被視為限制本發明。可設想執行相同任務之許多其他具體實例。
圖8及圖9最終示意性地展示包含連結致動器系統之組件之液壓 線或軟管25的液壓管路的具體實例，諸如液壓缸活塞單元16。另外，液壓管路可包含用以向組件提供液壓的呈高壓單元(HPU)18之形式的液壓泵，及用以調節液壓管路之工作的閥。液壓管路尤其包含用於液壓油之至少一儲存單元19及用於對設置於可伸縮支撐件6中的液壓缸活塞單元16之下端加壓的HPU 18。位於液壓缸活塞單元16之下端與儲存單元19之間的收縮閥20在液壓缸活塞單元16經加壓時關閉，且可伸縮支撐件6定位於升高位點中之第二高度11處。在加壓之後，HPU 18可藉由泵閥21關閉。當打開收縮閥20時，油將自液壓缸活塞單元16之下端逸出至儲存單元19中，此將大致立即使液壓缸活塞單元16減壓。此將使得可伸縮支撐件6朝向甲板4自第二高度11快速降低至比第二高度11更接近甲板4之第三高度12(根據圖8及圖9中之點線中示出的位點)。第三高度12可大約等於第一高度11a但亦可更小。甚至可設想將可伸縮支撐件6降低至甲板4上之一位點。在提升單樁基礎3時降低可伸縮支撐件6(同時)會降低再撞擊，即單樁基礎3與船隻之零件或與定位於船隻1之甲板上的零件之碰撞的風險。
收縮閥20可以多種方式操作。參考圖8，提升起重機5之操作人員24可判定其想要從單樁基礎3所定位之可伸縮支撐件6提升單樁基礎3的時刻。同時，操作員24打開收縮閥20以造成可伸縮支撐件6之突然降低。
圖9中所示的另一具體實例使用呈設置於可伸縮支撐件6中之更多力感測器22中之一者之形式的偵測器。力感測器22可偵測在單樁基礎3藉由可伸縮支撐件6支撐時的力。在操作員24從支撐件6提升單樁基礎3之後該單樁基礎3已離開可伸縮支撐件6時，此力可減小至可忽略的或零值。力的此突然減小產生關於單樁基礎3已從支撐件6提升且已離開可伸縮支撐件6上表面之時刻的資訊及/或判定該時刻。力感測器22耦接至控制器23，該控制器經組態以回應於力感測器之輸出產生用於該致動器系統之控制訊號。特定言之，控制器23可經組態以在力突然減小(例如減小預定量)時產生控制訊號以打開收縮閥20。此將使得可伸縮 支撐件6相對於甲板4在起伏方向10上以一下降速度降低至第三高度12。
下降速度可典型地取決於液壓電路及其組件且可根據工程原理設計。
在提升諸如單樁基礎3之物件之前，物件可裝配至提升起重機5。為了能夠提升物件，該物件應在某一點處釋放或自物件之特定適航緊固系統(即剛性支撐件34)鬆開。在諸如高操作海洋狀態存在時或必須提升具有相對較高豎直重心之物件時的情況下，直至提升物件之較短時間之前才可釋放適航緊固系統。否則，此物件將有可能墜落至浮動船隻之甲板上，此係由於其可能不能夠耐受藉由水及船隻強加之運動。在此情況下，較佳為一具體實例，其中控制液壓千斤頂之液壓系統亦可連接至液壓適航緊固系統及經程式化系統，以使得適航緊固系統將(恰好)在起始提升操作之前，且因此(恰好)在支撐平台在起伏方向上朝向船隻之甲板收縮之前自動地釋放。在另一具體實例中，亦可使用無故障偵測系統，從而使提升起重機操作員不僅判定提升應發生之最佳時刻，而且亦防止操作員在無故障系統之感測器報告液壓適航緊固釋放系統已失效的情況下開始任何提升。由於提升起重機將並不開始提升物件，根據本發明之裝置亦將在物件裝配至提升起重機且適航緊固系統未能自動地釋放物件時變為不可操作。
就上文所描述之具體實例落入下文隨附的申請專利範圍之範疇內而言，本發明不限於上文所描述之具體實例且亦包含其修改，
3:單樁基礎
3a:末端部分
3b:末端部分
4:甲板
6:可伸縮支撐件
7:縱移方向
8:橫移方向
10:起伏方向
11a:第一高度
16:缸活塞單元/缸-活塞單元/千斤頂
18:高液壓單元
25:液壓軟管
34:剛性支撐件
34a:側壁
34b:側壁
35:中心線
330:支撐區域

Claims (23)

  1. 一種用於從受制於在一起伏方向上運動之一船隻的一甲板提升一細長物件的裝置，該裝置包含：剛性支撐件，其設置於該船隻之該甲板上以用於相對於該甲板將該物件支撐於一第一高度處；可伸縮支撐件，其設置於該船隻之該甲板上以用於相對於該甲板將該物件支撐於一第二高度處，該第二高度大於該第一高度，其中該等剛性支撐件經提供以支撐該物件之末端部分，且該等可伸縮支撐件設置於該等剛性支撐件之間的位點中；一提升起重機，其經組態以在該第二高度處從該等可伸縮支撐件舉起該物件；及一致動器系統，其經組態以在該物件從該等可伸縮支撐件提升之一時刻處使該等可伸縮支撐件相對於該甲板在該起伏方向上降低至一第三高度，該第三高度小於該第二高度，其中該致動器系統經組態以在大於重力加速度之10%的一下降加速度下降低該等可伸縮支撐件。
  2. 如請求項1所述之裝置，其進一步包含一偵測器，其經組態以判定該物件從表面提升之時刻。
  3. 如請求項1或2所述之裝置，其中該等剛性支撐件連接至該甲板，以便實質上防止設置於該第二高度處之該物件相對於該甲板在該船隻之橫移及縱移方向上的運動。
  4. 如請求項1或2所述之裝置，其進一步包含一監測構件，其經組態以藉由監測該船隻在豎直方向上在該物件之位置處之週期性運動來判定將要提升該物件的最佳時刻。
  5. 如請求項4所述之裝置，其中該監測構件經組態以判定該船隻在 豎直方向上之一最大高度。
  6. 如請求項1或2所述之裝置，其中該等可伸縮支撐件之該第三高度高於甲板。
  7. 如請求項1或2所述之裝置，其中該提升起重機具有一最大提升速度，且該致動器系統經組態以在大於該最大提升速度之10%的一下降速度下降低該等可伸縮支撐件。
  8. 如請求項1或2所述之裝置，其中該致動器系統經組態以在對於所有可伸縮支撐件實質上相等之一下降加速度下降低該等可伸縮支撐件。
  9. 如請求項8所述之裝置，其中該致動器系統包含距離變化構件，該等距離變化構件設置於該等可伸縮支撐件與一基礎表面之間，且經組態以改變該等可伸縮支撐件與該基礎表面之間在該起伏方向上的距離。
  10. 如請求項9所述之裝置，其中該等距離變化構件包含缸-活塞單元。
  11. 如請求項1或2所述之裝置，其中該等可伸縮支撐件中之每一者包含一對支柱，該等支柱定位於該物件之一中心線的相反側處且攜帶一吊索，該吊索設置於該對支柱之間以用於支撐該物件。
  12. 如請求項11所述之裝置，其中該致動器系統包含距離變化構件，該等距離變化構件設置於該等可伸縮支撐件與一基礎表面之間，且經組態以改變該等可伸縮支撐件與該基礎表面之間在該起伏方向上的距離，其中該等距離變化構件整合於該等支柱中。
  13. 如請求項1或2所述之裝置，其中該致動器系統之組件藉由包含一高壓泵單元及/或一蓄壓器之一液壓系統而互連。
  14. 如請求項2所述之裝置，其中該偵測器包含一力感測器，其設置於該等可伸縮支撐件中。
  15. 如請求項2所述之裝置，其進一步包含一控制系統，其經組態以 回應於偵測器輸出而產生用於該致動器系統之控制訊號。
  16. 如請求項1或2所述之裝置，其中該船隻為一浮動船隻，且該提升起重機自一第二不同船隻操作，其中該第二船隻為一浮動船隻。
  17. 如請求項16所述之裝置，其中該第二船隻包含一動態定位(DP)或繫泊系統，或該第二船隻為一昇降式平台。
  18. 如請求項1或2所述之裝置，其中該物件包含一風力渦輪機之一基礎元件。
  19. 一種用於從受制於在一起伏方向上運動之一船隻的一甲板提升一物件的方法，該方法包含：在設置於該船隻之該甲板上的剛性支撐件上相對於該甲板在該起伏方向上將待提升之該物件支撐於一第一高度處；相對於該甲板在一第二高度處引入設置於該船隻之該甲板上的可伸縮支撐件，該第二高度大於該第一高度，以便從該等剛性支撐件接替對該物件之支撐，其中該等剛性支撐件經提供以支撐該物件之末端部分，且該等可伸縮支撐件設置於該等剛性支撐件之間的位點中；藉由一提升起重機在該第二高度處從該等可伸縮支撐件舉起該物件；及啟動致動器系統以在該物件從該等可伸縮支撐件提升之時刻處使該等可伸縮支撐件相對於該甲板在該起伏方向上降低至一第三高度，該第三高度小於該第二高度，其中該等可伸縮支撐件以大於重力加速度之10%的一下降加速度降低。
  20. 如請求項19所述之方法，其進一步包含使該物件降低至水下底部之上及之中；及從該提升起重機解耦該物件。
  21. 如請求項19至20中任一項所述之方法，其進一步包含藉由監測該船隻在該起伏方向上之週期性運動判定將要提升該物件之時刻。
  22. 如請求項21所述之方法，其中將要提升該物件之時刻對應於該船隻在豎直方向上在該物件之位置處的一最大高度。
  23. 如請求項19或20所述之方法，其進一步包含藉由一偵測器判定從該等可伸縮支撐件提升該物件之時刻。
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