用于连接至管状元件的外端以竖立该元件的联接工具的制作方法

1.本发明涉及一种联接工具，该联接工具用于连接至具有纵向方向的管状元件的外端，以便竖立该元件。本发明同样涉及一种在外端采用该联接工具使管状元件竖立的装置和方法。本发明尤其涉及一种用于从船舶上在外端使待放置在水下底部上的风力涡轮机的基桩竖立和/或使待放置在已安装的基底上的风力涡轮机塔架竖立的装置和方法。


背景技术：

2.参考海上风力涡轮机解释本发明。然而，该参考并不意味着本发明限于此，并且该装置和方法可以同样良好地应用于将任何其他管状元件放置在任何地面上。因此，本发明例如可以应用在布置码头、雷达和其他塔架的其他海上基础结构的情况下，以及用于陆上应用。
3.海上风力涡轮机的基桩在很多情况下包括钢或混凝土的中空管状元件，该中空管状元件可以具有超过100m的长度，6m以上的直径，并且重量可以达到800
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2300吨以上。此外，由于风力涡轮机不断扩大规模，因此风力涡轮机的基底越来越重。由于基底变得越来越大，因此处理起来也越来越困难。基底在这里可以包括所谓的单桩基底或者护套基底。
4.一种用于将基桩放置在水下底部上的已知方法包括用诸如起重机的提升手段从船舶上提起基桩以及将基桩降低到水下底部上或水下底部中。然后，使基桩与提升手段脱离。
5.除其他原因外，提起基桩是一项精细操作，因为在这里基桩很容易损坏。在这里，重要的是要考虑到基桩可能在船舶的甲板上突出很长的距离，并且用于提起的装置和基桩之间的距离相对于基桩的直径而言通常非常小，使得用于提起的装置和基桩的壁部分之间很容易出现不期望的接触。此外，各种操作员还积极操作所用的工具，诸如起重机、设置在船舶甲板上的绞盘等。
6.已知装置的弊端在于损坏待竖立的管状元件(诸如基桩)的可能性很大。已知装置也只有在海相对平静时才能发挥其作用，并且通常只适于有限的直径范围。


技术实现要素：

7.因此，本发明的目的是提供一种联接工具，用于连接至管状元件的外端，以便竖立该元件，以及一种用于使具有纵向方向的管状元件在外端竖立的装置和方法，这有助于至少部分地避免上述现有技术缺陷。本发明尤其寻求提供一种改进的装置和方法，用于使具有纵向方向的管状元件，尤其是待放置在水下底部上的风力涡轮机的基桩在外端竖立。
8.根据本发明，为此提供了根据权利要求1的联接工具。联接工具包括：接合手段，该接合手段用于接合元件的外端；以及可枢转的提升构件，采用该提升构件可以将联接工具悬挂在诸如起重机的提升手段上，其中，弹性臂安装在联接工具上，该弹性臂可以从起始位置移动到抵靠元件的外端的壁部分的位置，以便使悬挂的联接工具相对于外端对准。
9.在使用期间，形成联接工具的一部分的弹性臂首先与待竖立的外端接触，其中，弹
性力确保联接工具，尤其是其接合手段相对于外端对准。由于弹性臂已经抵靠外端的壁部分放置，因此，弹性臂能够在其上移动并且使联接工具，尤其是接合手段共同移位，以便这些手段与外端对准。在使用期间，弹性臂与元件的外端接触并且阻尼联接工具相对于外端的移动直到联接工具与元件的外端对准。这同样允许将接合手段定位成使得接合手段能够接合外端而没有太多可能导致损坏的不期望移动的风险。弹性臂的弹性力作用在壁部分的方向上，使得弹性臂采用一定的力压靠壁部分。该力不应该太大以避免被弹性臂损坏或者损坏弹性臂。为此目的所需的弹簧常数可以以简单的方式通过本领域技术人员确定。
10.一个实际的实施例涉及一种联接工具，其中，臂可以抵靠元件的外端的外壁部分设置。在该实施例中，弹性臂的外端当处于它们的起始位置时位于与内壁部分相距一定距离处，并且该距离可以在较宽的限度范围内选择。这是因为它例如不取决于管状元件的直径，这是当臂可以抵靠元件的外端的内壁部分设置时的情况。
11.弹性臂的弹性作用可以以任何方式实现。因此，可能利用制造臂的材料的弹性。一个适当的实施例包括联接工具，其中，臂可枢转地安装在联接工具上并且可以使用驱动手段围绕铰链旋转。其中驱动手段包括液压活塞缸的实施例是优选的。通过在液压活塞缸上施加移动，臂可以围绕它们与联接工具的枢转连接旋转。液压活塞缸也可以部分地支撑臂的弹性作用，并且可以确保悬挂的联接工具的移动被阻尼，尤其是相对于元件的外端。
12.本发明的另一个实施例是针对一种联接工具，其中臂在自由外端处设置有滚动体，滚动体可以抵靠壁部分布置。滚动体确保臂的外端可以在壁部分上更容易地移动并且因此寻找正确的对准位置。
13.另一改进的实施例包括联接工具，其中，臂在自由外端处设置有第二滚动体，第二滚动体可以抵靠壁部分布置并且布置在臂的弹性侧臂上。
14.联接工具原则上可以以任何方式实现。已知联接工具还可以设置有本发明的弹性臂。一个协同实施例涉及一种联接工具，该联接工具包括相互联接的梁的交叉形支撑结构，以及接合手段，该接合手段沿着梁从清除位置可滑动到夹持位置，该接合手段呈夹持构件的形式，用于在夹持位置联接至管状元件的外端的壁部分，其中，在夹持位置，梁基本上横向于管状元件的纵向方向延伸。
15.在本发明的说明书的上下文中，术语“基本上”应理解为是指所指示的值或性质的80％以上，更优选地85％以上，还更优选地90％以上，并且还为100％。
16.可滑动的夹持构件与管状元件的壁部分的联接原则上可以包括任何类型的联接。合适的联接例如包括摩擦联接或凸缘联接，或两者的组合。摩擦联接是基于通过将夹持构件的表面和相关的壁部分的表面压在一起而在两个表面之间产生摩擦力，夹持构件接合在该相关的壁部分上。凸缘联接可以基于夹持构件的凸缘和相关的壁部分的凸缘之间的螺栓连接，夹持构件接合在该相关的壁部分上。通过将夹持构件具体化为可以在管状元件的凸缘下滑动，以便实现机械凸缘联接，从而可以获得更好的凸缘联接。
17.联接工具的合适实施例包括安装在支撑结构的梁上的弹性臂。
18.联接工具，尤其是联接工具的弹性臂和可滑动的夹持构件确保管状元件可以几乎不会损坏被提起和竖立，尤其从摇晃的船舶上。本发明的装置还允许待竖立的管状元件的尺寸，尤其是直径的多种多样。
19.在本发明的一个实施例中，夹持构件从清除位置可滑动到夹持位置，用于联接至
管状元件的中空外端的内壁部分，该夹持位置比清除位置离支撑结构的交叉中心更远。提供将夹持构件从清除位置滑动到夹持位置的选择使得不同直径的管状元件被接合和竖立而无需为此目的修改联接工具。联接工具尤其使得具有相对大的直径的管状元件被竖立。在本申请的上下文中，相对大的直径应理解为意指大于6m的直径，更优选地大于7m，仍然更优选地大于8m，仍然更优选地大于9m，以及最优选地大于10m。
20.根据本发明的联接工具的一个实施例的特征在于夹持构件从清除位置可滑动到夹持位置，用于联接至管状元件的中空外端的内壁部分，该夹持位置比清除位置离支撑结构的交叉中心更远。
21.又一个实施例提供了一种联接工具，其还包括连接至梁的支撑构件，用于管状元件的壁部分。当管状元件抵抗重力而被竖立时，这种构件可以在有助于支撑管状元件。支撑构件优选应用于竖立具有相对大的直径的管状元件，并且有利于避免管状元件过载。
22.在一个实施例中，支撑构件在梁的可调节的固定位置与梁连接。可调节但固定的位置例如可以由支撑构件和支撑构件的相关梁之间的销孔连接形成。
23.本发明改进的实施例涉及一种联接工具，其中，支撑构件被构造为支撑管状元件的外壁部分。
24.本发明的又一实施例涉及一种联接工具，在这里其还包括不同于支撑构件的支撑结构，该支撑结构至少沿着管状元件的外围的一部分延伸，例如沿着外围的一半或四分之一。支撑结构优选地与交叉形支撑结构的至少两个梁连接。
25.在本发明的另一有用的实施例中，联接工具还包括用于调节支撑构件相对于提升构件的角度位置的手段，该提升构件可枢转地联接至支撑结构。这使得可以调节支撑结构的角度位置。支撑结构在这里可以从插入位置移动到提升位置，在插入位置装置可以与管状结构联接，在提升位置管状元件处于(部分)竖立的位置，并且最终处于其竖直悬挂的位置。
26.角度调节手段可以以任何已知的方式实施，其中，优选的实施例是角度调节手段包括在提升构件和支撑结构之间延伸的液压活塞缸。
27.支撑结构的夹持构件原则上可以位于支撑结构的上侧或下侧，或者两侧。一个实际的实施例涉及一种联接工具，其中提升构件位于交叉形支撑结构的上侧，用于与提升手段连接，并且夹持构件沿着支撑结构的下侧可滑动。
28.支撑结构的夹持构件原则上可以以任何本领域技术人员已知的方式沿着支撑结构的梁可滑动。维护成本较低的实施例涉及一种联接工具，其中，夹持构件通过在夹持构件和支撑结构之间的液压活塞缸可滑动。
29.根据本发明的实施例，支撑结构为交叉形，其被理解为意指包括从中心延伸的多个臂的结构。虽然x型和/或y型的交叉形支撑结构是优选的，但是臂的数量可以随意选择。这样的支撑结构分别具有4个或3个臂。
30.由于联接工具为其目的必须至少部分地防止损坏待竖立的管状元件，本发明的另一实施例由一种联接工具形成，其中，可以与管状元件的壁部分接触的表面设置有诸如橡胶覆盖物的减震元件。这些表面在某些实施例中例如可以是夹持构件、支撑构件、弹性臂和/或支撑结构的端面。
31.本发明的另一方面涉及一种用于在外端竖立管状元件的装置，该装置包括由承载
结构承载的提升手段以及由提升构件提起且设置有弹性臂的联接工具。该装置尤其适于使管状元件在海上竖立，为了该目的，根据一个实施例，该装置包括作为承载结构的浮船。在该实施例中，该装置从船舶的工作甲板上操作，例如自升式平台。当承载结构包括适于提升重物的浮船时，本发明的优点很显然地呈现出来。
32.本发明的又一方面涉及一种用于使具有纵向方向的管状元件在外端竖立的方法。该方法包括如下步骤：
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提供一种根据本发明的装置；
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使用提升手段通过提升构件提起联接工具；
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将悬挂的联接工具运送到管状元件的外端；
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将安装在联接工具上的弹性臂从起始位置移动到抵靠元件的外端的壁部分的位置，以使悬挂的联接工具相对于外端对准；
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将联接工具在对准的位置联接至外端；以及
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将联接至联接工具的管状元件竖立，其中，联接工具相对于提升构件枢转。
39.在一个实施例中，联接可以包括将夹持构件沿着梁从清除位置滑动到夹持位置，以便在夹持位置将这些构件联接到管状元件的外端的壁部分，其中，在该夹持位置，梁基本上横向于管状元件的纵向方向延伸。
40.该方法的一个实施例还可以包括将与装置联接的管状元件提升到期望位置；并且在又一实施例中将夹持构件沿着梁从夹持位置滑动到清除位置，以使装置与管状元件脱离。
41.该元件的外围部分在竖立元件期间由夹持构件以合适的夹持张力接合。由于在将装置插入管状元件的中空外端时夹持构件例如位于相对靠近交叉形支撑结构的中心的位置，因此，损坏的可能性较小。这也使得与现有技术方法相比更可能在较大的海浪中工作(如果期望的话)。
42.该装置尤其适于竖立相对大尺寸的管状元件，例如直径为6m以上，并且长度可达80m以上。为此，一个实施例提供了一种装置，该装置在这里还包括由承载结构承载的提升手段，用于通过提升构件提起支撑结构。合适的提升手段包括任何已知类型的起重机。用于提升手段的支撑结构可以包括地面、土壤、混凝土板等等。
43.根据本发明的装置的优点在以下实施例中最明显地体现，其中，管状元件是风力涡轮机的基桩和/或待放置在已安装的基底上的风力涡轮机塔架。
44.在该方法的一个实施例中，特别是为了将联接工具移动到适于待提起的管状元件的位置的插入位置，联接工具使用角度调节手段相对于提升构件主动地枢转。
45.本发明的另一方面涉及一种根据任一所述实施例的装置和联接到这种装置的管状元件的组件。
46.可以以这些实施例的任何可能的组合来组合在该专利申请中描述的本发明的实施例，并且每个实施例可以单独地形成分案专利申请的主题。
附图说明
47.现在将基于以下附图进一步阐明本发明，而不以其他方式限制本发明。在图中：
48.图1是根据本发明实施例的装置的示意性立体爆炸图；
49.图2是图1所示的实施例的组装状态下的示意性俯视图；
50.图3是图1所示的根据本发明的装置的实施例的示意性俯视图，该装置具有联接到其上的管状元件；
51.图4是图1所示的根据本发明的装置的实施例在两个角度位置的示意性侧视图；以及，最后
52.图5是图1所示的根据本发明的装置的实施例的示意性前视图。
具体实施方式
53.参考附图，示出了一种用于使具有纵向方向21的基桩20在外端竖立的联接工具1。该联接工具1同样适合于竖立和放置具有纵向方向的其他元件，例如风力涡轮机桅杆的过渡件，可选地彼此竖立和放置或者竖立和放置在另一个表面上。在所示实施例中，联接工具1包括呈相互联接的梁(2a、2b)形式的交叉形支撑结构。然而，支撑结构还可以包括多条梁，例如形成y形支撑结构的支腿的三条梁。联接例如可以通过梁部分的焊接来实现。梁例如具有管状横截面，但也可以是h型梁或i型梁。在交叉中心，支撑结构设置有两个铰接板(3a,3b)，其中，提升构件4通过销孔连接与支撑结构2可枢转地连接。提升构件4在提升侧上设置有用于与诸如起重机之类的提升手段(未示出)连接的提升孔眼40，这与起吊缆绳的插入有关，这些起吊缆绳都与提升孔眼40连接。提升孔眼40的功能还可以采取不同的形式，例如短轴或者耳轴的形式。采用提升构件4，可以将联接工具1悬挂在提升手段上，使得支撑结构2可以相对不受阻地围绕垂直于铰接板(3a、3b)延伸的旋转轴线5旋转。
54.根据本发明，联接工具1设置有弹性臂10，该弹性臂安装在布置在两个梁(2a、2b)之间的横梁11上的相对于交叉中心相对的两个位置上。与横梁11的连接通过铰链12进行，如图5所示。同样根据图5，为了使悬挂的联接工具1相对于外端200对准，可以将臂从所示的起始位置移动到抵靠管状元件20的外端200的壁部分20b的位置。臂10在此处占据用虚线示出的位置。在所示的实施例中，通过在布置在臂10和支撑结构2之间的液压缸13上施加移动来完成臂10相对于支撑结构2的旋转。形成联接工具1的一部分的弹性臂10在此具有足够大的长度，以便能够首先与待竖立的元件的外端200接触。
55.臂10在自由外端设置有滚动体14，滚动体14在使用过程中与壁部分10b接触。滚动体14确保臂10的外端可以更容易地沿着纵向方向21在壁部分20b上移动，以便因此找到正确的对准位置。滚动体14可以围绕轴连接件140在滚动体的旋转方向上旋转。
56.使带有滚动体14的弹性臂10保持抵靠壁部分20b的弹性力通过液压缸13中的压力确定。当臂10保持抵靠壁部分10b时，液压缸13确实提供一定的反压力。该反压力不应太高，以免被弹性臂10损坏或者对弹性臂10造成损坏。
57.联接工具1还包括夹持构件6，该夹持构件6沿着梁(2a、2b)从清除位置可滑动到夹持位置。每个夹持构件6都具有u形横截面并且可以以这种方式至少部分地包围梁(2a、2b)，以便夹持构件6能够以滑动表面在相关的梁(2a、2b)上滑动而不会与梁(2a、2b)失去接触。在所示的实施例中，夹持构件6沿着支撑结构的下侧是可滑动的。支撑结构2的下侧在这里被限定为未设置提升构件4的一侧。该提升构件4位于交叉形支撑结构2的上侧上。夹持结构6可以通过在相关的夹持构件6和支撑结构2的梁之间延伸的液压活塞缸7在梁(2a、2b)上滑动。在根据图2所示的所指的方向8上，通过在缸上施加沿图2所示的方向8的径向向外移动，
夹持构件6从径向上相对靠近交叉中心的清除位置a移动到离支撑结构的交叉中心更远的夹持位置b。如图3所示，在夹持位置b中，夹持构件6在压力下抵靠基桩20的中空外端的内壁部分20a，其中，夹持构件部分在基桩的凸缘或者突出边缘(未示出)下方滑动。这导致了机械联接，可选地结合了夹持构件6的端面和基桩2的内壁部分20a之间的摩擦联接。为了进一步提高这种联接，夹持构件6的与壁部分20a接触的端面可以设置有诸如橡胶覆盖物的减震元件。附图进一步示出在夹持构件6的夹持位置，梁(2a、2b)基本上横向于基桩20的纵向方向21延伸。在图3中，纵向方向21垂直于附图的平面延伸。
58.联接工具1还设置有与梁(2a、2b)连接的支撑构件9。支撑构件9被构造成至少沿着基桩20的外围的一部分支撑基桩20的外壁部分20b。支撑构件9同样具有u形横截面并且可以在梁(2a、2b)的端部上滑动到相关的梁(2a、2b)的可调节的固定位置。该可调节的固定位置例如通过多个开口22确定，多个开口22布置在梁(2a、2b)的侧壁中并且可以在开口中布置支撑构件9的相应销92，以便将该构件固定到梁(2a、2b)上。由于支撑构件9被构造成在竖立期间支撑基桩20的外壁部分20b，因此支撑构件9通常会比夹持构件6在径向方向8上更径向向外定位，毕竟夹持构件6在所示的实施例中被构造成在竖立期间夹持基桩20的内壁部分20a。
59.对于具有相对大的直径(例如6m以上)的基桩20，和/或具有相对高的重量(例如800
‑
2300吨以上)的基桩20，以支撑结构25的形式提供进一步的支撑可能是有用的，支撑结构25与支撑构件9不同并且沿着基桩20的外围的至少一部分延伸。为了获得足够的强度，将支撑结构25连接到至少两个梁(2a、2b)可能是有用的，如图2和图3所示。可以与基桩20的壁部分接触的支撑结构25的表面还可以设置有减震元件26，例如以橡胶覆盖物的形式。
60.在使用期间，当基桩20正在被竖立时，支撑构件9和支撑结构25都在基桩20的下侧处于部分竖立的位置。支撑构件9和(如果期望的话)支撑结构25因此在吸收基桩20自身的重量方面特别有用。
61.最后，联接工具1还可以设置有用于调节支撑结构2相对于提升构件4的角度位置的手段，该提升构件4可枢转地连接至支撑结构2。在所示的实施例中，角度调节手段包括在提升构件4和支撑结构2之间延伸的液压活塞缸24。在缸24的延伸位置，如图4所示，支撑结构2的平面29基本上平行于提升构件4的平面49伸展。在该提升位置，提升构件4和支撑结构2的两个平面之间的角度45基本上为0
°
。通过缩回缸24，支撑结构2围绕旋转轴线5(见图2)从图4所示的插入位置旋转到同一图中虚线所示的悬挂位置。支撑结构2的平面29在这里基本上垂直于提升构件4的平面伸展。提升构件4和支撑结构2之间的角度45在这里增加到大约90
°
。
62.在使用期间，通过将起吊缆绳连接到提升构件4的孔眼40或者替代连接手段，首先将本发明的联接工具1连接至起重机(未示出)的起吊缆绳(未示出)。然后，使用起重机通过提升构件4将支撑结构2提起并且运送到基桩20的外端。必须竖立并且例如必须布置在海床中的基桩20通常以水平位置位于船舶的工作甲板上，例如自升式平台。为了提升带有联接工具1的这种水平定向的基桩20，通过对缸24施加移动，将装置的支撑结构2移动到图4中的实线所示的插入位置，并且将其插入到基桩20的中空外端中。夹持构件6在这里处于清除位置a，即相对靠近交叉中心。
63.根据本发明，使用弹性臂10进行联接工具1的插入。形成联接工具1的一部分的弹
性臂10从图5所示的静止位置移动到更靠近待触摸的壁部分20b的位置。在该情况下，联接工具1由于悬挂在起重机上而在一定程度上摆动。在臂10充分接近壁部分20b之后，臂10首先与待竖立的外端200接触，其中弹力确保工具1，尤其是设置有联接手段6的支撑结构2相对于外端200对准。由于弹性臂10已经抵靠外端200的壁部分20b放置，因此它们能够通过滚动体14的旋转在其上移动。联接工具1，尤其是支撑结构2在该移动中同时移位，以便其与外端200对准。垂直于支撑结构的平面29伸展的轴线15因此基本上平行于待竖立的元件的纵向方向21。该对准允许将联接手段6定位成使得它们能够接合外端200而没有太多不期望的移动的风险，不期望的移动可能导致元件损坏，尤其是基桩20损坏。
64.夹持构件6然后沿着梁(2a、2b)从它们的清除位置a滑动到它们的夹持位置b，其中实现了与基桩2的中空外端的内壁部分20a的联接。在该夹持位置，梁(2a、2b)基本上横向于基桩20的纵向方向延伸。然后通过用起重机将整体吊起，与装置1联接的基桩20被竖立。支撑结构2在这里相对于提升构件4枢转直到角度45已经减小到90
°
，也就是说直到支撑结构2的平面29基本上垂直于提升构件4的平面49伸展。在该位置中，用起重机将与装置1联接的基桩20吊起到期望位置，例如在该位置必须将基桩20降低到海床上。在期望位置，夹持构件6沿着梁(2a、2b)从夹持位置b径向向内地滑动到清除位置a，以使装置1与基桩20脱离。在竖立基桩20的期间，如果期望的话，其可以进一步由支撑构件9和/或支撑结构25支撑。
65.很显然，上述实施例必须设置有外围设备，诸如液压和电动力源，用于其的供应管等。该外围设备没有进一步详细地描述。
66.利用上面详细描述的本发明的装置的实施例，管状物体，尤其是风力涡轮机的基桩可以从浮船放置到地面上，特别是水下底部上，这在恶劣的天气条件下比用已知方法更有可能。这降低了损坏管状物体的风险。装置也使操纵具有相对大的直径的管状元件成为可能，其中可以容纳不同的尺寸。