桩搬运设施的制作方法

1.本发明涉及一种用于将细长物体/桩从浮动船舶的甲板上的横卧取向翻转到甲板的外边界之外的直立取向的桩搬运设施及其方法。


背景技术：

2.在海上安装风力涡轮机单桩(mp)(即，海上风力涡轮机的子结构)已经进行了几十年。例如参见专利公开jp2001/1207948。
3.如在专利公开wo2018/117846a1中例示的，多个mp通常在船舶的甲板上水平运输到它们的安装地点。当船舶就位并且稳定时，通常通过使用重型升降式起重机和专用竖立工具(uet)(up-ending tool)将mp翻转(tilt，倾斜)到直立位置，并且然后使mp下降到海床。例如参见wo2018/117846a1中的图14。当mp定位在正确位置中时，通常通过使用锤击工具将mp锤击到海床中。
4.为了在mp翻转之前实现足够的稳定性，通常采用自升式钻塔或自升式船舶。
5.由于桩和安装设施的大重量和大尺寸，操作员在翻转期间的任何时间具有对桩位置的完全控制是极其重要的。任何无意的情况(诸如扭矩方向的意外改变)对于个人和设备可能具有严重的后果。
6.专利公开wo2019/231329a1描述了用于mp从甲板上的停放位置到甲板外部的直立位置的受控翻转的桩搬运设施和方法。
7.这种已知解决方案的一个缺点是桩扭矩从内侧向外侧方向的任何变化主要由起重机处理，从而使得桩搬运设施易受由于例如船舶上的环境力而突然变化的影响。
8.因此，本发明的目的是提供一种在从横卧取向到直立取向的整个翻转操纵期间确保桩不稳定的风险较低的桩搬运设施和方法。
9.本发明的另一目的是提供一种桩搬运设施和一种确保在翻转期间桩与竖立工具之间持续接触的方法。
10.本发明的又一目的是利用最小的人类干涉程度进行桩的成功翻转。
11.本发明的又一目的是在确保足够稳定性的起重机张力的所需控制保持在最小值的情况下进行桩的成功翻转。


技术实现要素：

12.在独立权利要求中阐述了本发明并且示出了本发明的特征，同时从属权利要求描述了本发明的其他特征。
13.在第一方面中，本发明涉及一种适合于将桩从至少部分地在船舶的甲板内的横卧取向翻转到甲板的外边界之外的直立取向的桩搬运设施，其中，横卧取向和直立取向分别定义为平行于甲板的取向和垂直于甲板的取向。在下文中，桩应当解释为任何细长物体，诸如mp或多个平行附接的mp。此外，甲板定义为船舶的布置有船舶的上部结构的外部平面。
14.第一方面的桩搬运设施在操作期间包括：
[0015]-具有纵向中心轴线c的一个或多个桩；
[0016]-船舶，包括适合于储存一个或多个桩的甲板；
[0017]-升降式起重机，固定到船舶并且尺寸设定成用于提升桩，
[0018]-竖立工具，用于在从横卧取向翻转到直立取向期间支撑桩；
[0019]-绞盘系统，优选地布置在甲板上。
[0020]
竖立工具经由一个或多个枢转铰接部可围绕平行于甲板并且与桩的纵向中心轴线c垂直地定向的旋转轴线旋转地固定到甲板的外边界。
[0021]
竖立工具包括：接触面，配置成在翻转期间抵靠桩的周向表面；以及端部支撑件，配置成使得桩的下桩端可以支撑在端部支撑件上。
[0022]
此外，升降式起重机包括起重机线缆，该起重机线缆具有在翻转期间固定到(优选可移除地固定到)桩的上桩端或其附近的悬挂端。该悬挂端可以经由在翻转期间可移除地固定到上桩端的悬挂结构间接地附接到上桩端。
[0023]
在存在这种悬挂结构的情况下，起重机线缆的悬挂端和绞盘线缆的一端可以固定到悬挂结构。
[0024]
在翻转期间，起重机线缆应当优选地在任何时间处于直立取向。因此，升降式起重机的起重机臂(例如，在若干臂的情况下的最外部的起重机臂)必须与桩角度一致地升高，从而遵循桩的翻转路径。这可以通过在平行于和垂直于甲板的方向上调节在起重机的最外侧的臂的外起重机顶端与起重机线缆的附接端之间的固定点的位置来实现。
[0025]
为了将起重机线缆保持在直立取向上的任何调节将取决于起重机的几何形状和桩的状态。这可以通过对起重机线缆进行视觉检查和/或通过使用布置在起重机线缆上的倾角计来完成。然而，认为最有利的是安装适合的起重机运动传感器，诸如允许在翻转期间测量固定点位置的加速度计。这种传感器可以例如布置在外起重机顶端处或其附近。还可以设想倾角计、运动传感器以及视觉检查的组合。
[0026]
最后，绞盘系统包括：绞盘线缆，在翻转期间一端固定到上桩端或其附近；以及绞盘张力控制器，配置成控制绞盘线缆中的绞盘张力tw。对于起重机线缆来说，绞盘线缆到桩的附接优选地是可移除的。此外，可以经由以上提到的悬挂结构来间接地固定。
[0027]
绞盘张力控制器包括绞盘线缆卷绕在其上的卷筒。卷筒优选地经由适合的支撑件布置在船舶的甲板上，更优选地当桩以水平取向横卧在甲板上时布置在上桩端附近或上桩端处。此外，控制器可以包括配置成在翻转操作期间(连续地和/或以设定的时间间隔)测量绞盘线缆内的绞盘张力tw的绞盘张力传感器。绞盘张力传感器还可以配置成将测量的张力数据无线和/或有线地传输到控制系统。
[0028]
绞盘张力可以通过绞盘张力传感器直接地或通过间接测量(诸如测量作用在绞盘线缆上的力以及绞盘线缆和桩的几何形状)来确定。
[0029]
所述绞盘张力传感器可以是选择性地经由悬挂结构将绞盘线缆的一端互连到上桩端的测力传感器。
[0030]
绞盘张力控制器还可以包括配置成使卷筒围绕垂直于绞盘线缆的取向的旋转轴线旋转的卷筒电机。在这种特定配置中，绞盘张力控制器可以配置成在操作期间(经由信号通信线无线和/或有线地)控制卷筒电机的操作。
[0031]
这种卷筒电机可以配置成在旋转期间控制卷筒的旋转速度，并且从而控制上桩端
的角速度(翻转速度)。这再次确保连续或接近连续地邻接抵靠接触面。这种控制可以通过在绞盘张力控制器中包括适合于使用储存在其中的软件根据测量的绞盘张力tw来计算期望旋转速度的装置(诸如本地和/或远程定位的一个或多个处理器)来实现。该装置还可以制成适于在翻转期间调整卷筒电机以实现期望的旋转速度以及桩的期望位置。可替代地或附加地，后者可以基于几何参数(卷绕的绞盘线缆的长度、从卷筒到上桩端的绞盘线缆的平均角度或在特定位置处的角度、由于测量的张力和物理特性引起的绞盘线缆长度的变化等)来测量和/或估计。
[0032]
期望的旋转速度在本文中限定为通过加速/减速卷筒速度和/或关闭/打开卷筒的操作而获得的时间平均旋转速度。
[0033]
该时间平均期望旋转速度优选地设定成使得在翻转期间，实际的绞盘张力tw保持在预定的最小张力之上，例如，确保接触表面与桩的周向表面之间的连续邻接的最小张力。
[0034]
如以上提到的，绞盘张力tw的测量可以直接地通过一个或多个专用绞盘张力传感器来实现和/或更间接地通过绞盘线缆的几何测量(长度/角度)和另一物理特性(诸如作用在绞盘线缆上的力)的测量来实现。
[0035]
升降式起重机还可以包括配置成测量起重机线缆中的起重机张力tc的起重机张力传感器。所测量的张力数据可以发送给起重机操作员，该起重机操作员可以调整提升力以确保在翻转操作期间最小的起重机张力。
[0036]
可替代地或附加地，绞盘张力控制器可以包括这样的装置，该装置接收所测量的起重机张力tc并且根据所测量的绞盘张力tw和所测量的起重机张力tc来计算期望的旋转速度。该装置可以是如以上提到的适合的接收器和相同的处理器。
[0037]
竖立工具还可以包括固定到至少一个枢转铰接部的枢转基座。此外，端部支撑件可以从枢转基座的下端或其附近突出。枢转基座优选地具有细长形状，该枢转基座的纵向轴线定向成在翻转期间平行于或接近平行于桩的纵向轴线c。枢转基座、至少一个枢转铰接部、以及端部支撑件相互布置成使得桩的下桩端在翻转期间可以支撑在端部支撑件上，以便防止桩沿着其纵向中心轴线c移动。
[0038]
在又一有利的配置中，竖立工具还包括从枢转基座的上端或其附近突出的上部支撑件，其中，接触面形成上部支撑件的一部分。
[0039]
注意，在本文中术语“下部”和“上部”指相对于地球坐标系的竖直取向。
[0040]
在又一有利的配置中，端部支撑件和枢转铰接部之间的端部支撑距离d
es
与上部支撑件和枢转铰接部之间的上部支撑距离d
us
比值优选地为至少1，更优选地为至少1.5，例如2、2.5或3。然而，最佳比值应当通过模拟和/或模型测试来验证并且尤其取决于桩的长度和重量。例如，认为获得靠近桩的重心的枢转点是有利的。此外，竖立工具和桩的长度可以设定成使得桩的下端在翻转操作的期望阶段浸没在海中，这是因为水的增加量将增加安装过程的整体稳定性。
[0041]
在又一有利的配置中，上部支撑件可枢转地固定到枢转基座，使得上部支撑件可以在接触位置与释放位置之间枢转(至少当桩处于直立取向时)，在接触位置中，确保接触面与桩的周向表面连续接触，在释放位置中，接触面与桩的周向表面之间存在一水平间距。当桩处于直立取向时，接触面优选地位于竖立工具的重心cog上方。
[0042]
当沿着桩的纵向中心轴线c观察时，接触面的形状可以是凹形的，接触面的半径等
于或接近等于桩的相关区域(即，沿着桩的长度建立这种接触的位置处)的半径。
[0043]
在又一有利的配置中，绞盘系统包括优选地布置在甲板上的卷筒和卷绕在卷筒上的多个绞盘线缆。例如，绞盘系统可以包括布置在甲板上的一个单个卷筒、卷绕在卷筒上的两个绞盘线缆以及可操作地连接卷筒以调整例如卷筒的旋转速度(并且从而，当绞盘线缆的自由端至少间接地连接到上桩端或其附近时两个绞盘线缆的绞盘张力tw)的卷筒电机。
[0044]
在又一有利的配置中，绞盘系统包括多个卷筒和对应的多个绞盘线缆，即，与卷筒数量相等的绞盘线缆。例如，绞盘系统可以包括绞盘线缆卷绕在其上的两个卷筒。多个绞盘线缆中的每个的一端在这种配置中例如经由以上提到的悬挂结构固定到上桩端或其附近。此外，多个卷筒可以沿着垂直于桩的翻转平面的方向以一间距布置。多个绞盘线缆中的至少两个可以连接到同一绞盘张力传感器。
[0045]
为了确保绞盘线缆正确地卷绕在卷筒上，每个卷筒应当优选地相对于其基座(通常为甲板)旋转，使得在翻转期间，垂直于卷筒的卷绕区域丁晓的最小长度直线在桩的纵向中心轴线中或其附近相交。
[0046]
在多个卷筒和绞盘线缆的情况下，桩搬运设施还可以包括桩运动传感器(诸如加速度计)，以用于测量上桩端相对于来自地球位置系统的对应的地球水平坐标的水平位置。然后，(例如，通过至少一个绞盘张力传感器测量的)来自多个绞盘线缆中的每个的绞盘张力tw可以传输到绞盘张力控制器用于进一步控制/分析，例如计算和设定新的期望绞盘张力t
wd
，以确保上桩端的水平位置在来自对应的地球水平坐标的阈值范围内。因此，在上桩端的水平面中可以实现更高的稳定性。
[0047]
在又一有利的配置中，竖立工具构成还包括桩夹持器pg的搬运工具的一部分。桩夹持器包括至少一个接收臂，优选地为至少两个接收臂，该接收臂配置成将桩的外周封闭在封闭空间内。接收臂可在张开位置与闭合位置之间移动，该张开位置形成进入封闭空间的桩接收开口，该桩接收开口等于或大于桩的外径，在闭合位置中，桩接收开口至少部分地闭合。桩夹持器还可以包括：桩夹持器定位系统，配置成水平地重新定位桩；以及控制系统，配置成基于从船舶运动传感器接收的测量数据和从桩运动传感器接收的测量来调整桩夹持器定位系统。重新定位的目的可以是在从目标桩位置朝向海床的竖直下降期间在预定的水平容差范围内稳定桩的移动。船舶运动传感器和桩运动传感器两者都可以是加速度计。
[0048]
在第二方面中，本发明涉及通过使用根据任何以上提到的特征的桩搬运设施将桩从至少部分地在船舶的甲板内的横卧取向翻转到甲板的外边界之外的直立取向的方法。在翻转期间，船舶浮动在水体中。
[0049]
方法包括以下步骤：
[0050]
a.将桩布置到竖立工具中，使得接触面邻接抵靠桩的周向表面区域，并且下桩端支撑在端部支撑件上；
[0051]
b.通过使用升降式起重机来提升上桩端，使得桩和竖立工具围绕旋转轴线翻转，同时接触面保持与周向表面区域邻接；以及，
[0052]
c.在翻转的至少一部分期间，通过使用绞盘张力控制器调整卷筒的操作，以便将绞盘张力tw保持在最小绞盘张力值t
wmin
之上。
[0053]
为了测量绞盘张力tw，绞盘张力控制器可以包括绞盘张力传感器，诸如安装在到上桩端/悬挂结构的固定点中并且/或者测量/估计绞盘线缆的长度和角度的测力传感器。
注意，绞盘张力传感器可以安装在绞盘系统上的任何地方，只要例如在绞盘线缆内或在卷筒处实现绞盘张力tw。
[0054]
该方法还可以包括以下步骤中的一个或两者：
[0055]-在步骤c之前和/或期间，通过使用起重机张力传感器测量起重机线缆中的起重机张力；以及
[0056]-在步骤c期间，调整起重机以便将起重机线缆中的张力保持在最小起重机张力值t
cmin
之上。
[0057]
测量的起重机张力可以例如传输给操作员，操作员可以调整升降式起重机以便确保在翻转期间的最小起重机张力。
[0058]
如果绞盘张力控制器还包括：卷筒电机，配置成使卷筒围绕与绞盘线缆的取向垂直的旋转轴线旋转；以及绞盘张力传感器，配置成连续地和/或在一定时间间隔中测量绞盘张力tw，该方法可以还包括以下步骤：
[0059]-通过使用绞盘张力传感器测量绞盘张力tw；
[0060]-使用例如在绞盘张力控制器内的处理器根据所测量的绞盘张力tw计算用于卷筒电机的操作指令，以实现绞盘线缆中期望的绞盘张力tw；以及
[0061]-根据所计算的操作指令设定卷筒电机。
[0062]
卷筒电机的设定可以经由传输器无线地和/或经由信号通信线有线地进行。
[0063]
如果起重机包括配置成测量起重机线缆中的起重机张力tc的起重机张力传感器，则方法还可以包括以下步骤：
[0064]-通过使用起重机张力传感器测量起重机张力tc；以及
[0065]-例如通过绞盘张力控制器内的处理器根据所测量的绞盘张力tw和所测量的起重机张力tc计算用于卷筒电机的操作指令，以实现绞盘线缆中期望的绞盘张力tw。
[0066]
至少在翻转的一段时间期间执行调整卷筒的操作的步骤(步骤c)：
[0067]-由桩的重量、长度、上桩端与邻接的周向表面区域之间的距离、以及船舶由于环境力而移动引起的指向内侧的扭矩md的绝对值等于或接近等于(例如
±
20％)以下项
[0068]-在相同范围内(例如
±
20％)的对应的指向外侧的扭矩ms的绝对值。
[0069]
由于类似的参数，ms的旋转方向与md相反。
[0070]
指向内侧的扭矩md和指向外侧的扭矩ms两者可以通过测量和计算的组合来确定/估计。
[0071]
如果桩搬运设施包括如以上在一个示例性配置中描述的多个卷筒和绞盘线缆，则在翻转期间方法还可以包括以下步骤：
[0072]-例如通过使用绞盘张力控制器内的处理器来计算新的期望绞盘张力t
wd
，以确保上桩端的水平位置保持在来自以上提到的对应的地球水平坐标的阈值范围内；以及
[0073]-通过使用一个或多个卷筒来设定新的绞盘张力t
wd
。
[0074]
卷筒的选择和随后的调整通过计算的结果来确定。
[0075]
在翻转期间，该方法优选地还包括以下步骤：通过测量和/或计算绞盘线缆的在卷筒与绞盘线缆在上桩端上的固定点之间的长度以及起重机线缆的在升降式起重机上的固定点与上桩端的固定点之间的长度，来测量上桩端相对于横卧取向中的初始位置的位置。绞盘线缆和起重机线缆两者的固定点可以直接在上桩端上或经由悬挂结构间接地固定上
桩端上。
[0076]
在第三方面中，本发明涉及一种计算机可读介质，其上储存有计算机程序，该计算机程序包括用于执行以上提到的第二方面的稳定的方法步骤的指令。
附图说明
[0077]
以下附图描绘了本发明的替代方案并且有助于理解本发明。然而，在附图中公开的特征仅用于说明性目的而不应当解释为限制性的。
[0078]
图1示出了根据本发明的桩搬运设施的立体图，该桩搬运设施包括船舶、并排布置在船舶的甲板上的多个桩以及用于将桩从船舶转移到海的搬运工具。
[0079]
图2示出了构成根据本发明的桩搬运设施的一部分的搬运工具的立体图。
[0080]
图3示出了图2的搬运工具的立体图，其中，图3的a和图3的b分别示出了在运输位置中和在桩接收位置中的搬运工具。
[0081]
图4示出了布置在构成根据本发明的桩搬运设施的一部分的搬运工具内的桩的立体图，其中，图4的a示出了搬运工具在安装桩的桩接收位置中的布置，并且图4的b示出了绞盘系统到桩的上端的联接。
[0082]
图5示出了在桩接收位置中的搬运工具的侧视图，桩平行于船舶的甲板安装到桩接收位置中。
[0083]
图6示出了图5中的搬运工具的侧视图，其中，升降式起重机使桩相对于甲板的取向翻转一角度α1。
[0084]
图7示出了图5和图6中的搬运工具的侧视图，其中，升降式起重机使桩相对于甲板的取向翻转一角度α2，α2＞α1。
[0085]
图8示出了图5到图7中的搬运工具的侧视图，其中，升降式起重机将桩相对于甲板翻转到直立取向。
[0086]
图9示出了与图7类似的侧视图，其中，示出了多个几何参数和力/动量向量。
[0087]
图10示出了搬运工具的一部分和布置在其中的直立取向的桩的立体图，其中，图10的a和图10的b分别示出了在张开位置中和在闭合位置中的桩夹持器以及在与桩接触位置中的竖立工具。
[0088]
图11示出了根据本发明的具有布置在搬运工具内的直立取向的桩的桩搬运设施的侧视图，其中，构成搬运工具的一部分的竖立工具的上部支撑件从桩壁回缩。
[0089]
图12示出了图11的桩搬运设施的另一侧视图，其中，竖立工具的端部支撑件从桩的下端回缩。
[0090]
图13示出了图1中的桩搬运设施的立体图，其中，直立取向的桩布置在搬运工具内，并且其中，桩夹持器围绕桩布置在闭合位置中，并且竖立工具回缩。
[0091]
图14示出了根据本发明的桩搬运设施的侧视图，其中，图14的a到14的i示出了桩的不同翻转阶段，并且其中，图14的g到图14的i还更详细地示出了竖立工具。
具体实施方式
[0092]
在下文中，将参考附图更详细地讨论本发明的实施方式。然而，应当理解，附图并不旨在将本发明限制于附图中描绘的主题。
[0093]
本发明涉及一种适合于将桩10运输到安装地点并且将这些桩10安装到海中的桩搬运设施100。桩10可以适于布置在海床30上或浮动平台上。
[0094]
具体参考图1，本发明的桩搬运设施100包括：
[0095]-船舶200，具有尾部201、艏部202以及甲板205；
[0096]-升降式起重机400；
[0097]-多个桩架12，用于将桩10容纳在运输位置中；
[0098]-可调节高度的桩台11，用于垂直于甲板205提升桩100；
[0099]-搬运工具1，用于当桩10从平行于甲板205的横卧取向翻转到垂直于甲板205且在甲板边界之外的直立取向u时提供支撑；以及
[0100]-绞盘系统5-8，用于在翻转期间将桩10稳定在搬运工具1内。
[0101]
搬运工具1的示例性配置在图2中进一步详细描绘。搬运工具1的主要部分包括：竖立工具3，主要负责在从横卧取向翻转到直立取向u期间支撑桩10；以及桩夹持器2，主要负责在实现直立取向u之后使桩在水平平面中对准。桩夹持器2还可以配置成允许桩10在保持水平对准的同时竖直下降。
[0102]
桩夹持器2包括：
[0103]-接收臂2a，配置成当在直立位置中时包围桩10的周缘；
[0104]-两个线性支撑结构2b，支撑接收臂2a；以及
[0105]-枢转结构2c，联接到甲板205和线性支撑结构2b以允许线性支撑结构沿着甲板205沿着平面枢转，并且垂直于甲板205。
[0106]
此外，接收臂2a和线性支撑结构2b配置成使得臂2a可以使桩10远离甲板205移位。
[0107]
竖立工具3布置在线性支撑结构2b之间并且包括：
[0108]-枢转基座/细长基座3c，在翻转期间经由一个或多个枢转铰接部3d可旋转地固定到甲板边界或其附近，该一个或多个枢转铰接部的旋转轴线平行于甲板205并且垂直于桩10的纵向中心轴线c；
[0109]-端部支撑件3a，从细长基座3c的下端延伸出来并且配置成允许支撑下桩端10b；
[0110]-上部支撑件3b，旋转地联接到细长基座3c的上端并且配置成在翻转期间经由接触面3e为桩10的周向部分提供接触支撑；以及
[0111]-控制液压缸或线性致动器3f，以尤其确保细长基座3c的位置控制。
[0112]
细长基座3c的纵向取向平行于或接近平行于纵向中心轴线c。此外，上部支撑件3b和端部支撑件3a两者均定向成远离甲板205。
[0113]
将桩10从横卧取向l翻转到甲板205的外边界之外的直立取向v的过程能够分成以下五个操作阶段：
[0114]
1.(图3)初始准备阶段，其中，构成搬运工具1的一部分(参见图2)的桩夹持器2和竖立工具3的下部从垂直于或接近垂直于甲板205的运输位置旋转到平行于或接近平行于甲板205的接收位置。
[0115]
2.(图4到图5)第二加载阶段，其中，桩10经由可控制高度的桩台11从甲板205上的桩架12转移到搬运工具1中。在转移之后，桩10的纵向中心轴线c相交于桩夹持器2的中心轴线和竖立工具3的纵向轴线。然后，桩10沿着竖立工具3的细长基座3c的方向移位，直到下桩端10b支撑在或到从细长基座3c的下端突出的下端支撑件3a中。在第二加载阶段中，从细长
基座3c的上端突出的上部支撑件3a定向成使得桩10的周向部分搁置在上部支撑件3a的接触面3e上。桩10从桩架12到桩台11的转移可以例如通过升降式起重机400执行。
[0116]
3.(图6到图7)第三竖立阶段，其中，通过使用升降式起重机400将桩10从横卧位置翻转到直立位置，在横卧位置中，至少一部分桩长度布置在甲板205的边界内，在直立位置中，桩10垂直于横卧位置/船舶的甲板205，并且在直立位置中，整个桩长度完全布置在甲板边界之外。通过将竖立工具3可旋转地连接到船舶200的一个或多个枢转铰接部3d来实现竖立工具3围绕一旋转轴线的翻转，该旋转轴线垂直于桩的纵向轴线c并且平行于甲板205。
[0117]
4.(图8到图9)第四直立阶段，其中，桩夹持器2的接收臂2a从张开位置移动到闭合位置，张开位置在垂直于纵向桩轴线c的平面中形成开口，在桩10处于该高度处的情况下，开口大于直径od，闭合位置关闭或接近关闭所述开口。如从图8显而易见的，由于例如船舶200的侧倾，直立取向u(垂直于甲板205)可以不同于直立取向v(相对于地球坐标系)。
[0118]
5.(图10到图12)第五释放阶段，其中，上部支撑件3b从邻接抵靠桩10的周向部分的位置回缩，并且其中，下端支撑件3a从桩10的下桩端10b回缩，或者桩夹持器20通过使用线性支撑结构2b或其组合将桩10移动远离甲板205。两个回缩可以通过旋转执行。在图11中，这通过将上部支撑件3b相对于其细长基座3c逆时针(内侧方向)旋转，同时将基座3c顺时针(外侧方向)旋转而例示，使得其纵向轴线平行或接近平行于桩10的纵向中心轴线c并且垂直于甲板205。如在图9中最佳观察的，通过将接收臂2a与桩10沿着线性支撑结构滑动来实现桩远离甲板205的移动以避免在下降期间碰撞下端支撑件3a，该线性支撑机构定向成平行于并且远离甲板205(当在直立位置中时)。
[0119]
为了确保完全控制竖立工具3，液压控制缸3f(参见图13的f)可以一端固定到船舶的甲板205，并且另一端固定到枢转铰接部3d上方的细长基座3c。这种配置确保当上部支撑件3b与桩10分离时，细长基座3c不会不受控制地朝向船舶本体下落。此外，其可以通过调整其在细长基座3c上的推力来协助竖立工具3和桩10的翻转。
[0120]
如以上提到的，在专用的竖立工具3中发生桩10从平行于甲板205的横卧位置到甲板205外部的直立位置的翻转(竖立)，以便允许足够的桩支撑。用于执行翻转过程所需的力主要由安装在船舶200上的升降式起重机400提供。
[0121]
起重起重机400经由一个或多个起重机线缆403连接到桩10的上桩端10a上的悬挂结构/板4。在翻转期间，下桩端10b支撑在竖立工具3的下端支撑件3a上，以防止在竖立到直立取向期间的不期望的竖直桩移动。此外，在描绘的配置中，起重机线缆403的悬挂端经由起重机张力传感器407固定到板4，从而使得能够对起重机张力tc进行连续的和/或按需测量。
[0122]
图4示出了仅具有一个起重机臂404的起重机400的示例性配置。
[0123]
在具有多个起重机臂404的起重机400的情况下，起重机线缆403优选地固定到最外部的臂404。然而，还可以设想配置，其中，起重机线缆403固定到进一步朝向起重机400的直立柱405定位的另一起重机臂404。
[0124]
常见桩重量为1000吨到3000吨之间，并且常见的桩尺寸的长度在50米到120米之间，并且直径在8米到16米之间。桩10及其相关安装设备的这种巨大重量和尺寸的搬运需要翻转期间高程度控制并且低故障风险。例如，在沿着翻转弧(参见例如图7)的上桩端10a的特定位置范围内，桩10的外侧力矩ms(即，迫使桩10朝向海顺时针旋转)可以等于或类似于
相反取向的内侧扭矩md。在这种情况下，认为非常有利的是桩10保持牢固地支撑在竖立工具3中。换句话说，应当避免或至少显著抑制引起桩10失去与接触面3e的接触和/或下降到某一最小邻接压力以下的任何转动。
[0125]
搬运工具1、并且特别是竖立工具3优选地适于允许布置具有不同直径的桩10，即，搬运工具1应当为停放在船舶甲板205上的一组具有不相等的平均桩直径od的桩10提供足够的支撑。
[0126]
此外，搬运工具1还可以优选地适于允许支撑成形为沿着其桩长度具有不同直径的单个桩10。后者的具体实例是在下桩端10b处具有其最大直径的锥形桩10。
[0127]
这种通用搬运工具1的构造将影响至少接触面3e和端部支撑件3a的配置。
[0128]
对于本文描述的桩搬运设施100，通过将绞盘系统5-8安装到上桩端10a来实现对竖立工具的接触面3e的旋转的这种抑制。具体参考图4到图8，卷绕在电动卷筒5上的绞盘线缆8具有固定到悬挂结构/板4的自由端，该悬挂结构/板再次可移除地紧固到上桩端10a上。为了使得卷筒5能够进行用户控制的操作，诸如打开/关闭旋转和/或调节卷筒的转速，卷筒5操作性地联接到可编程的卷筒电机6(参见图13的d)。如在图4中最佳观察的，绞盘线缆8的自由端经由测力传感器7连接到板4，从而允许在翻转过程期间实时测量绞盘张力tw。
[0129]
绞盘张力tw可以经由例如一个或多个测力传感器7直接和/或经由几何考虑以及例如测量作用在绞盘线缆8上的力间接地测量。
[0130]
后一类型的间接确定可以如下进行(参考图9所示的理想化模型)：
[0131]
当桩10通过旋转点rp旋转时，由例如布置在rp中或其附近的倾角计测量桩倾角α。
[0132]
在整个测量/计算中，船舶的甲板205被认为是地面基座。此外，桩10和竖立工具3几何地固定为封闭系统。
[0133]
封闭系统围绕固定到地面基座的桩的旋转点rp旋转，并且绞盘线缆8连接在甲板205与上桩端10a/悬挂结构4之间。旋转点rp与竖立工具的旋转轴线/枢转铰接部3d的旋转点重合。桩的重心g
pile
和竖立工具的重心g
uet
均不改变。此外，桩10相对于竖立工具3的位置不改变。
[0134]
在操作期间，并且仍然参考图9所示的理想化模型，系统受到两个主要力(起重机提升力tc和来自绞盘电机m的张力控制力)的影响。在竖立期间通过适合的传感器来连续地测量两个力。在系统中的基本几何距离i、g、l
p
、l
st
、d
p
、r在翻转操作期间不改变(参见下文)。通过考虑动量平衡的总和∑mj＝0，可以计算tw。连续计算动态力并且将其添加到等式中以及摩擦和环境影响中。
[0135]
在图9中，示出了以下参数：
[0136]
α：地面基座与桩10的纵向方向之间的翻转角度
[0137]
r：卷筒5的中心与仍然卷绕在卷筒5上的绞盘线缆8的最外部的点之间的半径
[0138]
rp：竖立工具3和桩10的旋转点
[0139]
m：绞盘电机
[0140]
tw：绞盘张力
[0141]
tc：起重机提升力
[0142]
md：桩的动量
[0143]gpile
：桩10的重心
[0144]guet
：竖立工具3的重心
[0145]
a：rp与g
pile
之间的距离
[0146]
b：g
pile
与绞盘线缆8到上桩端10a的附接点之间的距离
[0147]
c：所述附接点与卷筒的中心之间的距离
[0148]
d：rp与g
uet
之间的距离
[0149]
e：g
uet
与下桩端10b/端部支撑件3a之间的距离
[0150]
f：桩的中心位置与所述附接点之间沿着地面基座的距离
[0151]
g：下桩端10b与gpile之间沿着桩10的纵向方向的距离
[0152]
h：g
uet
与上部支撑件3b之间的距离
[0153]
i：下桩端10b/端部支撑件3a与g
uet
之间的距离
[0154]
s：从旋转点rp到绞盘与上桩端之间直线垂直延伸的直线的距离d
p
：桩10的直径
[0155]
l
p
：桩10的纵向长度
[0156]
l
st
：悬挂结构沿着桩10的纵向方向的厚度
[0157]
绞盘张力tw的至少近似值可以基于动量平衡来计算：
[0158]
tw*s+g
pile
*a
–
tc*(a+b
–
f)
–guet
*d＝0
[0159]
tw＝
–
(g
pile
*a
–
tc*(a+b
–
f)
–guet
*d)*(1/s)
[0160]
代替每个卷筒5一个绞盘线缆8，可以设想具有卷绕在相同卷筒5上的两个或多个绞盘线缆8的替代配置。具有多个绞盘线缆8的卷筒5优选地通过单个可编程卷筒电机6操作。
[0161]
独立于邻接抵靠接触面3e的桩10，绞盘系统5-8有助于(与升降式起重机400一起)控制桩10的角速度。
[0162]
竖立工具3可以具有任何尺寸，只要其在从横卧取向翻转到直立取向期间为桩10提供足够的支撑即可。然而，总尺寸、并且特别是其沿着桩10的纵向中心轴线c的长度有利地适于使得下桩端10b在已经到达直立取向之前完全浸没在水面20下方。图7示出了当桩10的取向相对于甲板205的取向成大约α2＝60
°
时下桩端10b开始浸没的实例。该角度可以根据诸如船舶200的尺寸和吃水、海况等的参数而改变。但是在α2＝50-70
°
之间的角度范围被认为是有利的。
[0163]
当浸没时，周围的水将增加惯性力，从而抑制与桩的翻转弧的任何不期望的偏离。在管状桩的情况下，这种抑制作用将被增强，因为水然后将进入桩的内部并且从而进一步增大惯性力。
[0164]
细长基座3c的长度和枢转铰接部3d沿着该长度的位置能够基于模型模拟和/或模型测试来确定。进入这些类型的模拟中的典型参数是桩特性，诸如桩长度、桩直径以及重量分布。此外，环境参数(诸如安装地点处的预期平均和最大显著波动高度)也可以证明是重要的。这种模拟/测试的结果是端部支撑件3a与枢转铰接部3d之间的端部支撑距离d
es
与上部支撑件3b与枢转铰接部3d之间的上部支撑距离d
us
的比值。为了实现期望的稳定性，这个比值优选地为至少1或优选更好地为至少1.5。设想2、2.5或3的比值。通常，认为有利的是将枢转点(即，在枢转铰接部3d的位置处)设定在桩10的重心处或其附近。此外，竖立工具和桩长度可以设定成使得桩的下端10b在翻转操作的期望阶段浸没在海中，因为水的增加量将增加安装过程的整体稳定性。
[0165]
当桩10到达其直立取向时，通过使用以上描述的接收臂2a包围桩10的周缘而将桩进一步稳定/锁定在水平平面中。接收臂2a可旋转地连接到固定支撑件并且在同一桩夹持器平面a
pg
中延伸(参见图9)。当接收臂2a在闭合位置中时，它们形成具有直径等于或大于桩10的相关外径od(即，在沿着纵向中心轴线c与桩夹持器平面a
pg
竖直对准的位置处的外径od)的封闭空间。在完全打开的位置中，形成进入封闭空间的桩接收开口，该桩接收开口在桩夹持器平面a
pg
中具有等于或大于外径od的尺寸。
[0166]
在将接收臂2a设定在闭合位置中之后，多个桩支撑设备(psd)水平地移位，使得每个桩支撑设备psd的竖直移位轮/滚动装置接触桩10的外壁从而对称地围绕桩10的周缘。这些竖直移位轮中的每个具有水平取向的旋转轴线，从而能够实现桩10的竖直移位和水平限制(参见图9)。
[0167]
本文中相对于地球定位坐标来限定方向“水平”和“竖直”，并且相对于船舶的甲板205的方向来限定“横卧”和“直立”。
[0168]
在第五释放阶段之后，将桩10完全悬挂在升降式起重机400中，并且可以开始朝向海床30下降。在安装桩的海床的情况下，通过使用桩夹持器20朝向地球垂直度的期望对准精度优选地在下降期间增加，即，当下桩端10b与海床30接触的时间正在接近时。在图11和图12中，绞盘线缆8示出为不具有或不明显地具有的绞盘张力tw，这是因为桩10的全部重量通过升降式起重机400搬运。然而，可以设想配置，其中，绞盘系统5-8在桩10的下降期间主动协助调节上桩端10a朝向竖直取向。
[0169]
例如，绞盘系统5-8可以包括两个卷筒5，每个卷筒具有卷绕在其上的绞盘线缆8。对于具有一个卷筒5的配置来说，每个绞盘线缆8的一端固定到以上提到的悬挂结构/板4。两个卷筒5沿着垂直于桩10的翻转平面的方向以分离的间隔布置在甲板205上。间隔的长度尤其取决于由两个卷筒5在上桩端10a上设定的所需的水平对准力。
[0170]
两个绞盘线缆8可以连接到同一测力传感器7，可替代地连接到单独的测力传感器7。
[0171]
卷筒5应当以一角度布置在甲板205上，以确保在卷筒5和悬挂结构4上的连接点之间绘制垂直于卷筒表面的直线。
[0172]
用于测量上桩端10a相对于来自地球位置系统的对应的地球水平坐标的水平位置的一个或多个桩运动传感器9(优选地是加速度计)能够安装在悬挂结构4上或桩10自身上或二者上。这种桩运动传感器9对于具有包括多于一个卷筒5的绞盘系统的配置特别有用。通过附接的测力传感器7测量的来自两个绞盘线缆8的绞盘张力tw传输到形成绞盘系统5-8的一部分的控制系统，以用于进一步控制/分析。例如，处理器可以计算新的期望的绞盘张力t
wd
，以确保上桩端10a的水平位置在来自对应的地球水平坐标的阈值范围内。并且，新的绞盘张力t
wd
传输到相应地调节卷筒5的卷筒电机6。因此，在上桩端10a的水平平面中可以实现更高的稳定性。
[0173]
船舶200包括一个或多个船舶运动传感器13，允许测量船舶200在海上的移动，诸如旋转运动(侧倾、俯仰、偏航)和平移运动(起伏、摇摆、颠簸)。这种船舶运动传感器13优选地是允许测量速度向量和加速度向量的加速度计。由此，可以通过测量数据的单交互或双交互获得位置数据。
[0174]
船舶运动传感器13构成船舶200上的动态定位系统(dp)的一部分，使得能够存取
关于用于搬运工具1、绞盘系统5-8以及升降式起重机400的控制系统的船舶动态的连续或按需信息。例如，来自绞盘张力传感器7、起重机张力传感器407、船舶运动传感器13和/或桩运动传感器9的测量数据可以作为输入参数馈送到包括处理器的控制系统。基于这些参数，可以计算期望的绞盘张力tw和/或期望的起重机张力tc，由此分别形成向卷筒电机6和升降式起重机400的指令数据。此外，例如通过在负责搬运工具1的移动的各个液压缸上设定新的压力，计算和设设定竖立工具3和/或桩夹持器2的新的移动模式是可行的。
[0175]
此外，可以设想动态精确设定，其中，处理器计算在翻转操作期间的内侧扭矩md和外侧扭矩ms，并且其中，当估计的外侧扭矩ms在估计的内侧扭矩md的预定范围内时，例如等于或接近相等，期望的张力tw、tc的测量/计算以及卷筒电机6/升降式起重机400的随后设定增强。
[0176]
桩搬运设施100还可以包括一个或多个起重机运动传感器406，诸如加速度计和/或倾角计，该起重机运动传感器配置成测量起重机线缆403的悬挂端与上桩端10a/板4之间的固定点相对于地球水平定位坐标的精确位置。对于船舶运动传感器8和桩运动传感器9来说，起重机运动传感器406优选地是允许测量固定点的速度向量和/或加速度向量的加速度计。固定点的位置由此通过单整合或双整合实现。
[0177]
包括这种起重机运动传感器406的桩搬运设施100是有利的，特别是在升降式起重机400可以执行固定点的受控移动的情况下。例如，可以设想允许传感器在水平方向和/或竖直方向上受控移动(升沉补偿)的升降系统400。然而，这对连续地/频繁地收集定位起重机状态数据(位置、速度、加速度)的需要提出了更高的要求。
[0178]
图13的a到f示出了翻转过程中从第二加载阶段(图13的a)经由第三竖立阶段(图13的a)和第四直立阶段(图13的f)到第五释放阶段(图13的g到图13的i)的不同阶段。
[0179]
对于所有的阶段，示出了绞盘张力tw和起重机张力tc的方向和尺寸，以及桩10和竖立工具3的重心g
pile
、g
uet
以及船舶200的侧倾运动(下文的拱形双箭头)。
[0180]
在图13的a到图13的c中，内侧扭矩md示出为主导，同时外侧扭矩ms在图13的e到图13的g中示出的阶段中变得更占主导。
[0181]
对于图13的h和图13的i中示出的阶段，不存在扭矩或不明显的扭矩，这是因为桩10完全悬挂在起重机线缆403中。
[0182]
对于图13的d中示出的特定阶段，内侧扭矩md和外侧扭矩ms具有相同或相似的大小，从而产生潜在危险的情况，这是因为桩10可以在没有升降式起重机400的足够协助的情况下开始在外侧方向上旋转。如图13的d所示，在这种情况下，绞盘张力tw显著大于对应的起重机张力tc，以便使桩10失去其与竖立工具3的接触面3e的稳定邻接抵靠的风险最小化。
[0183]
为了清楚起见，利用图13的g到图13的i中的放大图再现了竖立工具3。
[0184]
具体参考图13的g中的放大图，示出了专用的上部支撑缸3g，其允许上部支撑件3b相对于桩10在接触位置与释放位置之间的枢转力矩。
[0185]
仍然参考图13的g，示出了锁定机构3h，其允许接触面3e失去其朝向桩10的邻接而不引起朝向船舶400的突然(且最可能不希望的)转动。可以设想在没有锁定机构3h的情况下防止这种突然旋转的配置，例如通过在控制缸3f上设定足够高的回缩力。然而，由于竖立工具3的端部支撑件3b在操作期间经受桩10的全部重量(参见图13的g中的来自端部支撑件的向上竖直线)，将细长基座3c的角度保持在位所需的力的量对于典型的、合理的昂贵的液
压缸而言可能过高，而不能确保操作所需的控制。
[0186]
锁定机构3h可以例如包括固定到船舶外体侧的突出结构、穿过细长基座3c和突出结构的可对准孔以及可以插入到可对准孔中的适合螺栓。
[0187]
当通过增加来自升降式起重机400的张力tc(参见图13的h)释放来自桩10的重力时，锁定机构3h可以通过从通孔中移除螺栓而解锁。在细长基座3c旋转到其回缩位置中之后(参见图13的i)，当桩10朝向海床30下降时，可以启动第二锁定机构3h以将细长基座3c保持在这个位置中。第二机构3h可以在与第一锁定机构3h相同的位置处或其附近，并且可以例如包括穿过突出结构和细长基座3c的第二可对准孔，以用于插入另一个螺栓或用于第一锁定机构3h同一螺栓。
[0188]
如以上提到的，除了专用锁定机构3h之外，可以设想控制缸3f还单独地或组合地用作细长基座3c的锁定机构的配置。
[0189]
在先前的描述中，已经参考说明性实施方式描述了桩搬运设施100的各个方面和使用桩搬运设施100的相关安装方法。出于解释的目的，阐述了具体数字、系统以及配置，以便提供对设施100及其工作的透彻理解。然而，本描述并不旨在以限制意义进行解释。对公开的主题所属领域的技术人员来说明显的是，说明性实施方式的各种修改和变化以及设施100的其他实施方式被认为落在本发明的范围内。
[0190]
附图标记
[0191]
[0192]