用于在桩柱的安装期间引导桩柱的耐升沉桩柱引导装置的制作方法

本发明涉及一种用于在将桩柱(例如，单体桩柱)安装在海床中期间引导桩柱(例如，单体桩柱)的桩柱引导装置。桩柱引导装置配置为安装到船舶。

背景技术：

1、在海上风能领域，许多风力涡轮机安装在由单体桩柱形成的地基上。将该单体桩柱打入海床，然后将风力涡轮机安装在单体桩柱上。这些单体桩柱非常大且重。单体桩柱的长度可以为100米或以上，最大直径可以为10米或以上，并且重量可以超过1000公吨，甚至可能超过2000公吨。

2、在已知的实施方案中，单体桩柱在其长度上不是均匀的圆柱形截面。这些单体桩柱通常具有下部圆柱形节段，其一部分将被打入海床，并且在下部圆柱形节段上方具有沿向上方向变窄的锥形节段，通常第二圆柱形节段邻接桩柱的锥形节段的较窄顶部。

3、对于单体桩柱的安装，既采用自升式船舶，也采用浮动安装船舶。自升式船舶的优点在于，自升式支腿在伸出时为船体提供稳定性，从而使桩柱引导装置不受升沉运动的影响。自升式船舶的缺点在于，支腿的伸出和缩回是耗时的并且可能受到当地土壤条件的限制。因此，还已知使用浮动船舶安装单体桩柱，其中桩柱引导装置安装到船体，船体在桩柱安装期间经受海况引起的运动，包括升沉运动。

4、即使单体桩柱具有巨大的尺寸和重量，其安装也有严格的要求。例如，单体桩柱通常应以从竖直方向看大约0.25°的竖直度精度进行安装。这一要求转化为对桩柱引导装置的有效性的较高要求，以在安装期间(例如，在着陆期间和随后的打桩活动期间)使单体桩柱保持竖直。

5、在已知的实施方案中，用于引导桩柱(例如，单体桩柱)的桩柱引导装置包括：

6、-框架，其配置为安装到具有船体的船舶，所述船体在桩柱的安装期间经受海况引起的运动，

7、-至少一对第一桩柱接合装置和第二桩柱接合装置，其相对于中心轴线径向相对地布置于框架，

8、其中，每个桩柱接合装置包括桩柱接合构件(例如，滚柱)和液压缸，所述桩柱接合构件配置为在桩柱的安装期间接合桩柱的外部，所述液压缸配置为使桩柱接合构件相对于中心轴线径向移动。在本文中，液压缸的每个包括具有头部和底部的缸体、活塞杆(所述活塞从缸体的头部突出)和活塞杆组件、底部和活塞之间的可变容积底部腔室、头部和活塞之间的可变容积头部腔室，

9、-与一对第一液压缸和第二液压缸相关联的液压回路。

10、在已知的实施方案中，液压系统包括位置控制回路，该位置控制回路配置为当桩柱接合构件接合在桩柱的圆柱形节段上时基于位置控制来操作一对第一液压缸和第二液压缸。通过位置控制回路的适当设计和操作，可以使桩柱的纵向轴线保持在中心轴线上，以使桩柱保持在其期望的竖直定向上。在wo2019/125172中示出了这种装置的示例。

11、当用布置有桩柱引导装置的浮动船舶进行桩柱安装时，已知为桩柱引导装置提供运动补偿支撑组件。在已知的实施方案中，该组件以允许补偿船舶在水平面中的运动的方式相对于船舶的船体支撑桩柱引导装置的框架。例如，在wo2019/125172中公开了一种x-y运动补偿支撑组件。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种改进的桩柱引导装置。特别地，本发明旨在提供这样一种桩柱引导装置，该桩柱引导装置在引导桩柱(例如，单体桩柱)时更有效，所述桩柱具有一部分将被打入海床的下部圆柱形节段和在所述下部圆柱形节段上方的沿向上方向变窄的锥形节段，例如，第二或上部圆柱形节段邻接锥形节段的较窄顶部。

2、本发明提供根据权利要求1所述的耐升沉桩柱引导装置。

3、除了在现有技术的桩柱引导装置中也能找到的位置控制回路之外，液压系统还包括括约控制回路。

4、附加的括约控制回路配置为特别是当桩柱接合构件接合在桩柱的锥形节段上时操作一对第一液压缸和第二液压缸。

5、所述括约控制回路包括：

6、-第一管线，其连接到第一液压缸的底部腔室，

7、-第二管线，其连接到第二液压缸的底部腔室

8、-第三管线，其连接到第一液压缸的头部腔室和第二液压缸的头部腔室，

9、-旋转分流器，其在共同的旋转轴上具有第一泵装置和第二泵装置，所述第一泵装置连接到第一管线，并且所述第二泵装置连接到第二管线，所述泵装置的每个连接到第三管线，

10、-蓄能器，其连接到第三管线，

11、-阀组件，其配置为选择性地接通和关断旋转分流器与第一管线和第二管线的连接。

12、当桩柱的圆柱形节段由桩柱引导装置引导时，括约控制回路可以被禁用，这是因为阀组件被操作为关断旋转分流器与第一管线和第二管线的连接。液压缸然后由位置控制回路基本上以本领域已知的方式操作，例如使桩柱在中心轴线上居中。

13、特别地，当桩柱的锥形节段将由桩柱引导装置引导时，阀组件操作为使得括约回路被启用并且液压缸的括约模式被建立。在该模式下，第一液压缸和第二液压缸由括约回路的蓄能器液压加压，从而将桩柱接合构件推压在锥形节段桩柱上。例如，蓄能器提供超过100巴，例如超过200巴的液压压力，以对液压缸加压。结果，锥形节段被桩柱接合装置连续地强制挤压。

14、在括约模式下，桩柱引导装置相对于锥形节段的竖直升沉运动得到了调节，所述升沉运动实际上是由浮动船体归因于波浪的升沉运动引起的。

15、更详细地，在桩柱引导装置相对于桩柱的锥形节段向下运动期间，锥形节段迫使桩柱接合装置彼此远离，这使活塞向内移动并使液压缸底部腔室分别经由第一管线和第二管线排出液压液体。旋转分流器现在起作用，以经由第一管线和第二管线引起该排出的液压流体的相等的流量，从而使桩柱接合构件相对于中心轴线对称地移动。排出的液压液体的一些现在经由第三管线供给到液压缸的头部腔室，并且一些由括约回路的蓄能器接收，由于活塞杆的存在，头部腔室具有比底部腔室更小的有效截面。

16、在桩柱引导装置相对于桩柱的锥形节段向上运动期间，锥形节段从桩柱接合装置之间移出。然而，蓄能器对液压缸的连续液压加压保持桩柱接合构件与锥形节段强制接触。在本文中，蓄能器经由分流器将液压液体供给到液压缸的底部腔室，分流器引起流向液压缸的液压流体的所述供给的相等的流量，这确保了桩柱接合构件相对于中心轴线对称地移动。头部腔室通过所述第三管线排出液压液体。

17、由于在圆柱形节段通过桩柱引导装置期间，桩柱可能已经通过位置控制的适当操作而居中，因此桩柱接合装置在括约模式下的连续对称运动确保了桩柱的居中位置得以保持。

18、当使锥形节段穿过桩柱引导装置时，桩柱引导装置的括约回路和相关的括约操作模式被认为优于对位置控制的依赖，例如，因为在这一阶段的这种控制将需要在位置控制回路中的非常大的交变流和为位置控制回路供给的泵的相关操作。括约回路和相关的括约控制模式也可以与位置控制回路和相关模式的操作同时使用，例如在桩柱的圆柱形节段通过桩柱引导装置期间。

19、为了改善括约模式下对称运动的操作和准确性，在实施方案中，括约回路包括具有驱动旋转轴的集成液压马达的分流器，其中所述液压马达布置在蓄能器和第三管线之间的连接处，使得在桩柱引导装置相对于桩柱的锥形节段向下运动期间，流动到蓄压器的排出的液压液体操作所述液压马达，从而驱动分流器的第一泵和第二泵以引起相等的流量，并且使得在桩柱引导装置相对于桩柱的锥形节段向上运动期间，液压液体从蓄能器经由液压马达供给到分流器，然后以相等的流量供给到底部腔室，液压马达驱动分流器的第一泵和第二泵以引起相等的流量。

20、在实施方案中，分流器的泵装置是齿轮泵。在另一个实施方案中，分流器的泵装置是活塞泵，例如径向活塞泵。

21、为了避免旋转分流器的泵的气蚀，优选地，括约回路包括连接到分流器和液压马达之间的第三管线的增压蓄能器。该增压蓄能器可以设置在比主蓄能器明显更低的压力，例如20巴。

22、在实际的实施方案中，每个桩柱接合装置包括一组并列的液压缸。如本领域中已知的，这能够实现桩柱接合装置的稳固性并且使得施加到桩柱(例如，单体桩柱)的力增加。

23、在实际的实施方案中，通常如从现有技术的桩柱引导装置已知的，位置控制回路包括：

24、-位置控制器，

25、-第一位置传感器，其与第一液压缸相关联并关联到所述位置控制器，

26、-第二位置传感器，其与第二液压缸相关联并关联到所述位置控制器，

27、-泵端口，其能够连接到液压泵，

28、-储罐端口，其能够连接到用于液压液体的储罐，

29、-位置控制阀组件，其与第一液压缸和第二液压缸、泵端口和储罐端口相关联，所述位置控制阀组件关联到所述位置控制器，所述位置控制阀组件基于位置传感器的位置控制来管控液压液体流进和流出第一液压缸和第二液压缸。

30、将理解，例如，位置控制阀组件可以包括一个或更多个比例阀，以控制液压流体流入和流出第一液压缸和第二液压缸的腔室，从而控制活塞杆的位置，并且因此控制桩柱接合构件的位置。

31、在实施方案中，桩柱引导装置包括多对第一液压缸和第二液压缸，从桩柱引导装置的平面图中看，多对第一液压缸和第二液压缸以相对于彼此的角偏移位置布置于框架，每对第一液压缸和第二液压缸具有各自的液压系统，所述液压系统具有位置控制回路和括约控制回路。例如，该装置具有两对、三对或四对第一液压缸和第二液压缸。

32、在实施方案中，该装置的框架具有由支撑组件支撑的基座，该支撑组件将被安装到船舶，例如船体，并且该框架包括一个或两个可移动爪部，每个爪部铰接到基座以用于围绕桩柱打开和闭合框架。

33、本发明还涉及一种用于安装桩柱(例如，单体桩柱)的方法，所述桩柱包括圆柱形节段和在所述圆柱形节段上方的沿向上方向变窄的锥形节段，其中使用如本文所述的耐升沉桩柱引导装置。

34、本发明还涉及一种船舶，其配备有根据权利要求中的一项或更多项所述的用于在桩柱的安装期间引导所述桩柱(例如，用于引导单体桩柱)的耐升沉桩柱引导装置，所述桩柱包括圆柱形节段和在所述圆柱形节段上方的沿向上方向变窄的锥形节段。

35、本发明还涉及一种用于安装桩柱(例如，单体桩柱)的方法，所述桩柱包括圆柱形节段和在所述圆柱形节段上方的沿向上方向变窄的锥形节段，其中使用所述船舶。