打桩机及其应用方法
【专利说明】打桩机及其应用方法
[0001]本发明涉及打粧机(pile-driver)，且更具体地，涉及适合于离岸操作的打粧机。
[0002]另外，本发明涉及使用这样的打粧机驱动粧朝下进入到地面中的方法。
[0003]现有的打粧机，特别是用于离岸打粧的打粧机的缺点在于这样的打粧机是非常重的结构的事实。在离岸应用中，打粧通过重型起重机设置在其上的大型船舶来操作。粧逐个地被驱动至地面中。
[0004]打粧本身通常通过经由撞板将形成粧锤的一部分的夯锤从一定的高度下落至粧上而发生。用于离岸风力涡轮机目的的用于击打单粧的这样的粧锤的通常的特性是长度约15m，且重量约200吨(其中夯锤为100吨)，以及相关联的撞板约200吨。粧在直径与长度上正变得越来越大，且目前已经驱动1000吨的且具有7m直径的粧。落下的夯锤的冲击力驱动粧进入到地面中，但伴随着产生相当大的噪音。由于声音在水中传播得很远，且可能因此破环距离打粧位置很远的海洋生物，在离岸操作中特别地不期望这种噪音的产生。
[0005]在未提前公开的荷兰专利申请NL2008169中提出的申请是打粧机，其中包围可变容积的燃烧空间的柔性构件布置在支撑构件之上且靠近支撑构件。应用柔性构件的缺点是，在使用期间该构件可能撕裂，且使得出于更换目的的进入变得困难。
[0006]本发明的目的是提供打粧机及其应用的方法，其中，所述缺点不再出现，或至少这样做以减小至更小的程度。
[0007]所述目的通过根据本发明的打粧机实现，包括:
[0008]-支撑构件，其在横向方向上布置在粧处或粧上或可布置在粧处或粧上；
[0009]-液体室，其由支撑构件在下侧上界定，且该液体室还包括一个或多个侧壁，并且该液体室构造成在其中接纳液体；
[0010]-一个或多个压力积聚室，包括:
[0011]-上部部分，其包围燃烧空间；
[0012]-下部部分，其设置有一个或多个通路开口，该一个或多个通路开口流体地连接该液体室；
[0013]-构造成将存在于该燃烧空间中的燃料点燃的点火机构;且
[0014]-其中，该燃烧空间构造成使存在于燃烧空间中的燃料在燃烧期间膨胀，使得压力积聚发生在支撑构件之上，且在液体室中存在于支撑构件上方的液体至少在朝上的方向上远离该支撑构件移动，且朝下的力通过该支撑构件施加到该粧上。
[00?5]操作原理基于牛顿第一定律和牛顿第三定律作用=反作用(act1n =react1n)”。换言之:当物体A在物体B上施加力时，该力伴随着B作用在A上的相等的但反向的力。在膨胀期间，燃烧空间(物体A)向位于燃烧空间之上的介质(反应物料B)施加力。根据牛顿第三定律，反应物料(B)在燃烧空间(A)上施加相等但反向(所以朝下)的力。由于燃烧空间位于支撑构件上方且靠近支撑构件，因此由反应物料施加在燃烧空间上的反作用力将通过支撑构件传递至粧。粧因此通过支撑构件承受朝下的力，根据本发明，该朝下的力用于朝下驱动粧进入地面中的目的。
[0016]另外，在燃烧空间的膨胀期间，朝上移动的介质将再次朝下下落，并且与支撑构件碰撞，其中该介质通过支撑构件再次在粧上施加朝下的力。该操作原理对应于常见的打粧机的操作，其中，夯锤从一定的高度掉落至粧上。
[0017]—个或多个压力积聚室代替柔性构件的使用提供另一个显著的优点。在其中柔性构件包围燃烧空间的实施方案中，燃烧空间的最大容积由柔性构件的最大拉伸限制。在根据本发明的实施方案中，燃烧空间可以采用更大的容积，并且还是更加坚固的。
[0018]应用的压力积聚室包围燃烧空间，该燃烧空间具有上部部分且还包括下部部分，该下部部分设置有流体地连接液体室的一个或多个通路开口，这与在未提前公开的荷兰专利申请NL2008169的申请中描述的打粧机相比，使得由NL2008169的柔性构件提供的在燃烧室与水之间的隔开是不必要的。因为这样的隔离壁可以根据本发明省掉，因而获得更加坚固的打粧机，而且该打粧机不受任何柔性构件的最大拉伸限制。
[0019]与常见的打粧的典型的钢对钢(steel-to-steel)冲击声相比，根据本发明的打粧过程伴随着另一种类型的声音，该声音对海洋生物的伤害较小。
[0020]根据优选的实施方案，压力积聚室形成坚固的刚性外壳。
[0021]根据另外的优选的实施方案，该一个或多个压力积聚室在液体室内附接至支撑构件。当压力积聚室中的燃料被点燃，且在由该压力积聚室包围的燃烧空间中发生膨胀时，由此所发生的压力积聚可以穿过设置在压力积聚室的下部部分中的通路开口在支撑构件上方的压力积聚室中几乎立即产生。
[0022]根据另外的优选的实施方案，该液体室的一个或多个侧壁将液体与周围区域隔开。由于介质位于粧锤或粧中，且因此该介质至少通过粧锤或粧的壁与存在于打粧机的外部的水隔离，该介质仅由于燃烧空间的膨胀而移动。由于该移动的介质与周围的区域隔开，所以在周围的水中的冲击波被阻止。因此，在打粧操作期间，影响海洋生物的冲击波被阻止。
[0023]根据另外的优选的实施方案，在液体室中存在于支撑构件上方的液体是水。特别是在离岸打粧的情况下，水大量存在，因而，将可选的介质传输至该位置是没必要的。水的另外的优势是它具有高的传热系数，因而，存在燃烧期间所释放的热量的快速排出和分散。
[0024]根据另外的优选的实施方案，该打粧机还包括用于将燃料运输至燃烧空间中的燃料供应通道，和用于排出燃烧后的燃烧产物的燃烧产物排出通道。由于燃烧空间在短时间内可以填充燃料且排空燃烧产物，所以该系统适合于在相对短的时间段内的一系列连续燃烧。除非另有说明，如果需要，相同的通道可以可选地完成燃料供应功能和燃烧产物的排出功能两者。在这种情况下，该通道在一个时刻用作燃料供应通道，且在下一个时刻用作燃烧产物排出通道。
[0025]根据另外的优选的实施方案，提供至少一个封闭件，该至少一个封闭件与支撑构件以及该一个或多个侧壁一起形成液体室，该液体室具有以大体上气密的方式封闭的容积，并且还提供了供应装置，以用于由此将流体运输至大体上气密的液体室中和/或从大体上气密的液体室排出的目的。这些装置可以例如包括栗和/或气瓶。
[0026]根据另外的优选的实施方案，流体是空气和/或水，其中，使用流体空气，预压力可以应用在大体上气密的封闭的空间中，并且流体水提供反应物料。
[0027]被驱动至地面中的粧遇到是粧端阻力与粧身摩擦阻力之和的总的驱动阻力。取决于参数，例如土壤类型、粧的长度和粧的形状，阻力和因此总的驱动阻力两者会变化。通过使用栗，影响存在于大体上气密的容积中的水和空气的量，使得根据在该时刻所需要的驱动力优化压力积聚曲线是可能的。针对一组特定参数确定所需的驱动力的控制装置可以相应地控制栗。实验已经表明，当施加预压力时，仅仅5米的水柱已经可以实现10-15巴的峰值压力。使用更高的水柱可以实现更高的峰值压力。
[0028]粧已经被驱动进入地面中越远，粧的刚性越大。特别地粧身摩擦阻力还随着在地面下长度的增加而增加。然而，由于粧变得越来越刚性，所以增加的更大量的水柱形式的反应物料还可以支撑在粧锤或自驱动粧中。粧的刚度的增加允许粧的更高的重心，而没有使稳定性受到不利影响。
[0029]粧端阻力和/或粧身摩擦阻力还可以通过在打粧期间例如在粧的顶部或沿粧的壁引入液体而减小。这样的液体的示例是水泥浆，水泥与水的混合物。当该水泥浆稍后硬化时，也实现了粧更好地附接至土壤，由此载荷承受能力最终比如果该粧在没有用该液体的情况下被驱动时更高。
[0030]根据另外的优选的实施方案，提供多个压力积聚室，该多个压力积聚室各自包括点火机构，且其中，还提供控制装置，控制装置构造成以预定的顺序和/或预定的间隔点燃压力积聚室中的燃料。
[0031]该系统可以通过使用多个燃烧空间而更加灵活地应用。因此，例如，以最佳的方式互相