专利名称：用于将支撑构件插入地面的系统和方法
技术领域：
本公开通常涉及将支撑元件安装进入地面中，更具体地，涉及用于将薄壁的支撑元件(诸如定日镜支撑构件)安装到相对坚硬的和/多岩石的土壤中。
发明内容
例如，定日镜的支撑构件(或其他安装在场中的部件)可以为中空且薄壁的以减少施工和/或材料费用。然而，在使用打桩方式将支撑构件推入相对多岩石的和/或被压紧的土壤中时，这样的支撑构件可能相对脆弱并且易受膨胀或其他损坏的影响。为了避免损坏支撑构件，需在将支撑构件插入土壤之前将土壤预处理以松弛土壤。螺旋钻可在土壤中钻孔并且之后可被反转以使在移除螺旋钻之后，土壤保留在孔中和/或随后被重新引入孔中，从而在孔中留下实质上松弛的土壤柱体。振动锤击可引起支撑构件周围土壤的暂时液化以使得在减少对支撑构件的潜在的损坏的同时将支撑构件插入土壤柱体中。在一个或多个实施例中，安装定日镜的方法可以包括通过使用螺旋钻在土壤中钻孔。然后在移除螺旋钻时可以反转孔中螺旋钻的方向，以使在孔中留下松弛土壤柱体。接着通过振动锤击(“振动锤”)可以将定日镜的支撑构件插入土壤柱体中。在一个或多个实施例中，一种用于安装太阳能装置的方法可以包括通过使用螺旋钻在土壤中钻孔。该孔可以具有直径dh。在移除螺旋钻时孔中螺旋钻的方向可被反转，以使得在所述孔中留下松弛土壤柱体。在形成孔的过程中被钻的大部分土壤可在反转期间留在孔中。该方法可以进一步包 括通过振动锤击将太阳能装置的支撑构件插入土壤柱体中。代替物可被用于在插入期间支持支撑构件的圆形横截面形状以防止支撑构件的膨胀和扭结。接着定日镜镜子组件和光电阵列组件中的一种可被装配到支撑构件上。支撑构件可以为具有最大外径Ds、管壁厚度ts和长度Ls的中空管。孔直径Dh可以至少为支撑构件直径Ds的三倍。管壁厚度^可以小于支撑构件直径Ds的5%。长度Ls可以至少为支撑构件直径Ds的20倍。支撑构件可以有轴向和/或径向延伸元件，延伸元件被布置以使得一旦支撑构件被插入土壤柱体中就能阻止支撑构件围绕其纵向轴旋转。支撑构件可以具有被插入松弛土壤柱体中的封闭的锥形远端和在所述插入之后保留在地面上方的开口端。振动锤击可以在支撑构件被插入所述柱体时使在支撑构件远端处或支撑构件远端附近的松弛土壤经受液化。振动锤击可包括在经代替物向支撑构件施加向下推挤力(crowd force)的同时,在支撑构件纵向方向上施加往复力。代替物可以包括具有与中空管管壁内表面紧密符合的外径的插入件、具有与中空管管壁外表面紧密符合的内径的外支撑件、具有用于啮合中空管管壁内表面的径向延伸兀件的内夹具和具有用于哨合中空管管壁外表面的径向延伸兀件的外夹具中的至少一种。
在一个或多个实施例中，一种用于安装太阳能装置的方法可以包括通过使用螺旋钻在孔中产生松弛土壤柱体。该孔可以具有直径Dh。所述产生期间孔中的大部分土壤会保留在孔中。该方法可以进一步包括将太阳能装置的支撑构件通过振动锤击插入土壤柱体中，并且将定日镜镜子组件和光电阵列组件中的一种装配到支撑构件上。支撑构件可以为具有最大外径Ds，管壁厚度ts和长度Ls的中空管。孔直径Dh可以至少为支撑构件直径Ds的三倍。管壁厚度％可以小于支撑构件直径Ds的5%。长度Ls可以至少为支撑构件直径Ds的20倍。支撑构件可以包括径向延伸元件，该径向延伸元件被布置以使得一旦支撑构件被插入土壤柱体中就能阻止支撑构件围绕其纵向轴旋转。支撑构件可具有被插入松弛土壤柱体中的封闭的锥形远端和在所述插入之后保留在地面上方的开口端。在支撑构件被插入所述柱体时，振动锤击可使在支撑构件远端或其附近的松弛土壤经受液化。振动锤击可包括在向支撑构件施加向下推挤力的同时，在支撑构件纵向方向上施加往复力。在一个或多个实施例中，一种用于安装太阳能装置的方法可以包括通过使用螺旋钻钻孔在孔中产生松弛土壤柱体，并通过振动锤击将太阳能装置的支撑构件插入松弛土壤柱体中。该孔以可具有直径Dh。支撑构件可以为具有最大横截面尺寸Ds，管壁厚度ts的中空构件。孔直径Dh可以至少为支撑构件横截面尺寸Ds的三倍。管壁厚度ts可以小于支撑构件横截面尺寸Ds的5%。在一个或多个实施例中，一种用于安装太阳能装置的方法可以包括通过使用螺旋钻在土壤中钻孔。该孔可以具有直径dh。该方法还可以包括在移除螺旋钻的时反转孔中螺旋钻的方向以致在所述孔中留下松弛土壤柱体。源自钻孔的孔中大部分土壤可以在反转期间被保留在孔中。该方法还可以包括通过振动锤击将太阳能装置的支撑构件插入土壤柱体中，并将定日镜镜子组件和光电阵列组件中的一种装配到支撑构件上。支撑构件可以为具有最大外径Ds，管壁厚度ts和长度Ls的中空管。管壁厚度ts可以小于支撑构件直径Ds的5%。长度Ls可以至少为支撑构件直径Ds的20倍。支撑构件可以包含径向延伸元件，该径向延伸元件被布置以使得一旦支撑构件被插入土壤柱体中就能阻止支撑构件围绕其纵向轴旋转。支撑构件可具有被插入松弛土壤柱体中的封闭的锥形远端和在所述插入之后保留在地面上方的开口端。振动锤击可在支撑构件被插入所述柱体时使在支撑构件远端处或在支撑构件远端附近的松弛土壤经受液化。振动锤击可包括在向支撑构件施加向下推挤力的同时，在支撑构件的纵向方向上施加往复力。在一个或多个实施例中，一种用于安装太阳能装置的方法可以包括通过使用螺旋钻在土壤中钻孔和在移除螺旋钻的同时反转孔中螺旋钻的方向以使得在所述孔中留下松弛土壤柱体。该方法可以进一步包括通过振动锤击将太阳能装置的支撑构件插入土壤柱体中。支撑构件可以为具有最大横截面尺寸Ds，壁厚度^的中空构件。壁厚度ts可以小于支撑构件横截面尺寸Ds的5%。
在一个或多个实施例中，一种用于安装太阳能装置的方法可以包括通过使用螺旋钻在孔中产生松弛土壤柱体。该孔可以具有直径Dh，在产生过程中孔中的大部分土壤保留在孔中。该方法可以进一步包括在使用代替物在插入期间支持支撑构件的实质为圆形横截面以防止支撑构件膨胀或扭结的同时，通过振动锤击将太阳能装置的支撑构件插入土壤柱体中。该方法还可以包括将定日镜镜子组件和光电阵列组件中的一种装配到支撑构件上。支撑构件可以为具有最大外径Ds，管壁厚度ts和长度Ls的中空管。管壁厚度ts可以小于支撑构件直径Ds的5%。长度Ls可以至少为支撑构件直径Ds的20倍。支撑构件可以包含径向延伸元件，该径向延伸元件被布置以使得一旦支撑构件被插入土壤柱体中就能阻止支撑构件围绕其纵向轴旋转。支撑构件可具有被插入松弛土壤柱体中的封闭的锥形远端和在所述插入之后保留在地面上方的开口端。振动锤击可在支撑构件被插入所述柱体时，使在支撑构件远端处或在支撑构件附近的松弛土壤经受液化。振动锤击可包括在经代替物向支撑构件施加向下推挤力的同时，在支撑构件纵向方向上施加往复力。代替物可包括具有与中空管管壁内表面紧密符合的外径的插入件，具有与中空管管壁外表面紧密符合的内径的外部支撑件，具有用于啮合中空管管壁内表面的径向延伸元件的主动插入件和具有用于啮合中空管管壁外表面的径向延伸元件的主动的外部支持物中的至少一种。
在一个或多个实施例中，一种用于安装太阳能装置的方法可以包括:通过使用螺旋钻钻孔在孔中产生松弛土壤柱体，和在使用代替物在插入期间支持支撑构件壁以防止支撑构件膨胀或扭结的同时，通过振动锤击将太阳能装置的支撑构件插入土壤柱体中。该孔可以具有直径Dh。支撑构件可以为具有最大外横截面尺寸Ds，壁厚度^，长度Ls的中空构件。壁厚度^可小于支撑构件直径的5%。从下面结合附图考虑的说明，所公开的主题的实施例的目的和优点将变得明显。
在下文中，将结合附图描述实施例，按规定比例绘制附图是非必要的。在适用的情况下，有一些特征并未被解释，以助于潜在特征的解释和说明。在整个附图中，相同的标号指示相同的元件。图1示出根据所公开的主题的一个或多个实施例的太阳能发电系统。图2示出根据所公开的主题的一个或多个实施例的具有二级反射器的太阳能发电系统。图3示出根据所公开的主题的一个或多个实施例的包括多个塔的太阳能发电系统。图4示出根据所公开的主题的一个或多个实施例的在单个塔上包括多个接收器的太阳能发电系统。图5A为根据所公开的主题的一个或多个实施例的定日镜的侧视图。图5B示出根据所公开主题的一个或多个实施例的具有单个镜子的定日镜组件。图5C示出根据所公开主题的一个或多个实施例的具有一对镜子的定日镜组件。图6A示出根据所公开主题的一个或多个实施例的被插入地面的支撑构件。图6B示出根据所公开主题的一个或多个实施例的支撑构件的剖面视图。图7为根据所公开主题的一个或多个实施例的安装支撑构件的过程的流程图。图8A示出根据所公开主题的一个或多个实施例的在安装支撑构件的预处理阶段期间钻孔的螺旋钻。图SB示出根据所公开主题的一个或多个实施例的在安装支撑构件的预处理阶段期间从孔中退出的螺旋钻。图9A示出根据所公开主题的一个或多个实施例的在振动锤插入地面之前的支撑构件。
图9B示出根据所公开主题的一个或多个实施例的通过振动锤击被部分地插入地面的支撑构件。图1OA示出根据所公开主题的一个或多个实施例的在振动锤插入期间用于支持支撑构件的代替物。图1OB为根据所公开主题的一个或多个实施例的在振动锤插入期间用于支持支撑构件的代替物的可膨胀部分的特写。图1OC示出根据所公开主题的一个或多个实施例的被插入支撑构件的图1OA中的代替物。图1lA示出根据所公开主题的一个或多个实施例的在振动锤插入期间在支撑构件的开口端支持支撑构件的夹紧物。图1lB示出根据所公开主题的一个或多个实施例的具有用于在振动锤插入期间在支撑构件开口端支持支撑构件的被动内部插入件的外夹具。
具体实施例方式日射可被太阳能塔系统用于产生太阳能蒸汽和/或加热熔盐。在图1中，太阳能塔系统可包括太阳能塔50，该太阳能塔50接收从定日镜的太阳能场60 (只在图1左侧部分中示出单独的定日镜70)反射的聚焦阳光10。例如，太阳能塔50可具有至少25米、50米、75米或更高的高度。定日镜70可以瞄准太阳能接收器系统20，例如，系统20的一个或多个接收器的太阳能接收表面。定日镜70可调整其定向以在太阳横穿天空移动时追踪太阳，从而将阳光持续地反射至与接收器系统20相关的一个或多个瞄准点上。可以将太阳能接收器系统20安装于太阳能塔50中或安装于太阳能塔50上，该太阳能接收器系统20可包括一个或多个单独的接收器。太阳能接收器可被构造为通过使用从定日镜接收到的日射来加热水和/或蒸汽和/或超临界的蒸汽和/或任何其他类型的太阳能流体。可替选地或另外地，目标或接收器20可包括(但不限于)光电组件、蒸汽产生组件(或用于加热固体或流体的另一个组件)、用于生长生物物质(如生产生物燃料)的生物生长组件或被配置成将聚焦的日射转换成有用能量和/或功的其他目标。如图1中所示的，太阳能接收器系统20可被布置在塔50的顶部或塔50顶部的附近。如图2中所示，在另一个实施例中，二级反射器40可被布置在塔50的顶部或塔50顶部的附近。二级反射器40从而可接收来自定日镜场60的日射并朝着太阳能接收器系统20改变日射方向(例如通过反射)。太阳能接收器系统20可被布置在定日镜场60内，定日镜场60外，地平面上或地平面附近，另一个塔50的顶部或另一个塔50的顶部的附近，反射器40上方或下方，或其它地方。可设置多于一个的太阳能塔50，每个太阳能塔在其上有各自的太阳能接收系统，例如太阳能发电蒸汽系统。不同的太阳能接收系统可具有不同的功能。例如，太阳能接收系统中的一个可以通过利用反射的太阳辐射来加热水以产生蒸汽，而另一个太阳能接收系统可以用于通过利用反射的太阳能辐射来使蒸汽过热。多个太阳能塔50可共享公共定日镜场60或具有各自分开的定日镜场。一些定日镜可被构造和布置以使将日射交替地指引到不同塔中的太阳能接收系统。另外，定日镜可被配置成例如在倾倒状态期间，指引日射离开任一塔。如图3所示，可提供两个太阳能塔，每个太阳能塔具有各自的太阳能接收系统。第一塔50A具有第一太阳能接收系统20A，而第二塔50B具有第二太阳能接收系统20B。太阳能塔50A、50B被布置以接收从公共定日镜场60反射的太阳辐射。在任一给定时间，定日镜场60内的定日镜可指向太阳能塔50A、50B中的任一个的太阳能接收器。尽管图3中只示出具有各自的太阳能接收系统的两个太阳能塔，但是可以使用任何数量的太阳能塔和太阳能接收系统。在一个太阳能塔上可设置多于一个的太阳能接收器。多个结合的太阳能接收器可形成太阳能接收系统20的一部分。不同的太阳能接收器可具有不同的功能。例如，太阳能接收器中的一个可以通过利用反射的太阳辐射来加热水以产生蒸汽，而另一个太阳能接收器可以用于使用反射的太阳辐射来使蒸汽过热。多个太阳能接收器可被布置在同一个塔上的不同高度处或布置在同一个塔上的不同位置处(如，不同面(诸如北面，西面，等等))。场60中的一些定日镜可以被构造或布置以将日射交替地指向不同的太阳能接收器。如图4中所示，单个塔50上可设置两个太阳能接收器。太阳能接收系统20从而包括第一太阳能接收器21和第二太阳能接收器22。在任一给定时间，定日镜70可瞄准太阳能接收器中的一个或两者，或不瞄准接收器。在一些使用场景中，定日镜70的瞄准可被调整以将投射到塔50上的反射光束的形心从太阳能接收器中的一个(如太阳能接收器21)移至另一个太阳能接收器(如太阳能接收器22)。尽管图4中只示出两个太阳能接收器和单个塔，但是可使用任意数量的太阳能塔和太阳能接收器。图5A示出了定日镜70的一个示例。定日镜70可以包括镜子组件72。背部或支撑层74可以使镜子组件72固定到支撑构件76，支撑构件76可被插入地面中以固定太阳能场中的镜子组件72。镜子组件72可包括如图5B中所示的单个镜子或如图5C中所示的两个镜子。可替选地，镜子组件72可包括由单个支撑构件76支撑的多个镜子。公开的主题的方面涉及将支撑构件或元件插入地面中。支撑构件可被用于支撑在太阳能场内的定日镜镜子组件。可替选地，支撑构件可用于固定光电池和/或光电模块(光电阵列组件)或场仪器组。支撑构件可以为中空的和相对薄壁的。这样的结构可节省材料和/或施工成本；然而，这可使支撑构件在安装过程中面临损坏，尤其当将支撑构件插入相对被压紧的和/或多岩石的土壤中时，例如在沙漠场地。如果支撑构件例如通过打桩被直接推入这样的地面，支撑构件容易破裂、膨胀和/或扭结。为防止或至少减少对支撑构件损坏的风险，可使用多步的插入方法。特别地，可预处理土壤以使得土壤易受到随后的振动引起的液化的影响。例如，可通过钻采形成经预处理过的相对松弛的土壤柱体，从而对地面进行预处理。之后可通过使用振动锤在支撑元件中引发振动，将支撑构件插入经预处理过的土壤柱体中。如图6A-6B中所示，支撑元件可以为细长的构件600。支撑构件600可以具有长度Ls和最大横截面尺寸(如,直径)DS。长度Ls和横截面尺寸Ds的比率可以至少为5、10、15、20或更多。例如，支撑构件可以为外径为6.7英寸(17cm)和长度在11英尺(3.35m)和12英尺(3.67m)之间的中空管。支撑构件的顶部部分(如，顶部6英寸)可以具有精确钻孔安装和/或对准孔。支撑元件可以为轴对称的和/或圆柱形的，例如圆柱塔架。支撑元件600可以为中空的从而外壁围住内部容积614。支撑构件600的外壁可以具有厚度ts。支撑构件600可被认为是薄壁的，从而厚度&最多为横截面尺寸％的5%、4(%、3(%、2(%、1(%或更少。支撑构件600可由金属或金属合金(诸如(但不限于)铁或钢)建造成。例如，支撑构件可以为具有6英寸(15cm)直径的Sch.10镀锌钢管。支撑构件600可以包括一旦支撑构件被插入地面602中就能提供阻止支撑构件600的旋转动作的表面特征。例如，支撑构件600可包括一个或多个轴向和/或径向延伸的突出部，诸如翼片612。可在插入之前(例如永久地安装在支撑构件600的表面)或在插入之后(例如通过从支撑构件600的内部容积中展开至孔604中周围的土壤中)展开翼片612。根据一个或多个预期的实施例，其他类型的阻止旋转特征也是可能的。支撑构件600可以具有插入地面602中的孔604中的封闭端616和留在地面602上方的开口端618。例如，支撑构件600以深度L1插入地面602中的孔604中，而开口端618在地面602上方留有高度H。高度H可以至少为支撑构件的总长度Ls的40%。插入深度L1可以至少为50cm、lm、1.5m、2m或更多。孔604可以被钻到深度Lh，该深度可大于或等于插入深度h。因为支撑构件600的相对易碎的性质，孔的大小Dh(即孔604的直径)可大于支撑构件600 (和任何表面突出部612)的大小Ds所需的大小，以减小在插入期间可损坏支撑构件600的摩擦力或阻力总量。例如，孔(即预处理的柱体)的深度Lh和孔的横截面尺寸Dh之间的比例可以大约为3、5或更多。孔的深度Lh可以至少为50cm、lm、l.5m、2m或更多。例如，孔的深度可以为3m。现参考图7，示出了一种将支撑元件安装到坚硬的和/或多岩石的土壤的方法。在步骤702，可确定支撑构件的位置。该位置可通过测量确定。例如，可使用基于测量系统的全球定位系统来精确地确定例如用于太阳能场中的定日镜的支撑元件的安装位置。在确定了支撑元件的位置后，该方法可以进行至步骤704中的预处理阶段。预处理阶段704可包括步骤706中的使用螺旋钻为支撑元件钻孔。在将支撑构件插入孔中的准备中，通过螺旋钻钻孔可用于使硬质土壤或岩石松弛和/或粉碎硬质土壤或岩石。图8A示出螺旋钻806在地面802中钻出孔804造成土壤松弛区域808的示例。螺旋钻806可具有大于支撑构件600直径且小于孔804的最大直径的叶片。例如，该孔可具有直径Dh，该直径Dh可长至支撑构件600的直径Ds的三倍且比螺旋钻叶片长至50%。在一个特别示例中，支撑元件具有6.7英寸(17cm)的直径,螺旋钻叶片为14英寸(35.6cm)且孔的直径为21英寸(53.3cm)。因为考虑到环境，将泥土从现场移除或从钻出的孔移除可能成为问题。因此，松弛的泥土 808可保留在孔804中或孔804的周围。该方法从而可进入步骤708，该步骤中螺旋钻806被反转，以从孔804处移除螺旋钻806，如图SB所示。被钻的泥土中的至少一些从而可保留在孔804中以形成相对松弛的土壤的柱体808。该方法可可选择地进入步骤710。在一些示例中，钻采和/或反转的钻采可导致孔中的一些土壤被排出至地平面周围的位置。在钻采之后，形成的柱体的某一部分可缺乏固体材料。例如，孔形成过程中被驱逐出固定的土壤或其他固体颗粒可导致孔中形成空洞。在钻采之后的空洞部分可以至少为孔的容积的0.1,0.3,0.5,0.7,0.9或更高。可替选地或另外地，在钻采之后的空洞部分可以不超过孔的容积的0.9、0.7、0.5、0.2、0.1或更少。在步骤710，可以将一些或大部分被排出的土壤重新引入孔中。引入孔中的松弛的土壤可以用于填充空穴部分。例如，土壤被引入孔中可有效地重填至少孔中空洞的3%、5%、10%、20%、25%、35%、50%、75%或更多。可替选地或另外地，松弛的土壤可来自不同于钻出的孔的来源。如图8B中所示，当孔804以土填充时，孔可被填充至地平面802或地平面802上方。松弛的土壤柱体808的顶部810可以在地平面802处，以高度Hf在地平面上方，或以一深度在地平面下方(图中未示出)。例如，松弛的土壤柱体的顶部810的高度Hf可以以不大于柱体的总深度Lh的75 %、50 %、35 %、20 %、10 %、5 %或更少来高于或低于地平面802。与钻采期间形成的柱体有关的任意特征或特征的结合还可以指与通过土壤钻采和将土壤重新引入柱体内缺乏土壤的位置的组合形成的柱体有关的特征。预处理阶段704可以终止并进入插入阶段712。插入阶段712可以可选地包括步骤714中的可选地用内夹具或外夹具支撑或支持支撑构件壁。内夹具或外夹具可用于在将支撑构件插入泥土柱体期间，使支撑构件免于破裂和/或其他损坏。内夹具或外夹具可以为将力从振动锤传递至支撑构件的代替物。图10A-10B中示出代替物1000的示例。如图1OC所示，细长的代替物1000可以为细长的可膨胀插入件，该插入件具有用于将代替物1000连接至支持构件600的远端616附近的内部部分620的夹紧组件1004。代替物1000可以在径向上插入支撑构件600中以设置相对的紧密配合，所以支撑构件600如同鞘包围代替物1000。代替物1000可以被插入支撑构件600的内部容积中。在插入之后，夹紧组件1004的活塞状物1002可延伸以按压在支撑构件600的内壁上，从而使代替物附接到和/或夹紧到支撑构件600。可替选地或另外地，在支撑构件壁的内表面上设置孔或凹陷。这样的孔或凹陷可以接纳活塞状物以更牢固地将代替物连接至支撑构件。一旦代替物被啮合到和/或夹紧支撑构件600，振动力和/或推挤力可以经过代替物和支撑构件内壁之间的接触传送至支撑构件600。随着代替构件600被附接在远端616附近，向下的/振动的力起作用而将支撑构件600向下压入孔中。支撑元件600的近端618可自由振动从而支撑元件可以有小负载或基本上无负载地被插入地面。根据一个或多个预期的实施例，其他类型的支撑和/或力连接构件也是可能的。例如，如图1lA所示，可将夹紧构件1100设置在支撑构件600的顶部开口端618处。向下的/振动的力从而可施加在顶端以将支撑构件向下压入孔中。夹紧构件1100可包括套进支持构件600的内部容积的插入件部分1104和/或与支撑构件壁的外表面相邻的外部部分1106。尽管插入件1104和外部部分1106被显示为延伸和支撑构件长度相同的长度，但这并不被理解为限制。相反地，插入件1104和外部部分1106可延伸不同的长度。因此，插入件1104可沿支撑构件600的长度延伸得比外部部分1106更远，或反之亦然。插入件1104和外部部分1106的之一或两者可以包括栓或活塞状物1102，该栓或活塞状物1102可从夹紧构件1100径向延伸以啮合支撑构件壁。支撑构件壁可以包括用于接纳夹紧构件的活塞状物1102的一个或多个孔或凹陷以更牢固地连接至夹紧构件。图1lB中示出夹紧构件1110的另一种构造。夹紧构件1110可以包括被动插入件1114和外部夹紧部分1116。被动插入件1114可具有接近地符合支撑构件600的壁的内表面的外表面(例如直径)。被动插入件1114的大小或形状可使得在支撑构件600的开口端618处或接近所述开口端618处提供过盈配合或摩擦配合。外夹紧部分1116可具有用于按压在支撑构件外壁以使夹紧构件1110连接至支撑构件的活塞状物1102或其他机械致动元件。 在其他构造中，在插入期间，可使用被动的内部或外部代替物来将振动锤力传递至支撑构件600和/或支持支撑构件600。代替物可被构造成紧密符合支撑构件的内部容积(或其中的一部分)以提供代替物和支撑构件之间的过盈配合或摩擦配合。例如，在插入期间，代替物可至少部分地占据(或甚至全部占据)支撑构件600的内部容积614以支撑构件600。该方法可进入步骤716，该步骤中振动锤被用来将支撑构件插入松弛土壤填充的孔。通过在支撑构件的纵向方向(即实质上垂直振动)上促进土壤液化的往复力和向下推挤力的结合，支撑构件可被推入地面中。振动锤可提供往复力和推挤力二者。可替选地或另外地，振动锤可提供振动，而另一种力产生机器可提供向下推挤力。例如，如图9A中所示，振动锤902 (或超音速设备)可将支撑构件600推入地面的孔804中的经预处理过的土壤柱体808中。振动锤可产生出大小至少为5kN、10kN、20kN、30kN或更高的振动。可替选地或另外地，振动锤可产生出大小为小于1000kN、500kN、IOOkN或更小的振动。例如,振动锤可产生具有大小为60kN的振动。在另一个示例中，振动锤产出具有大小为600kN的振动。尤其，振动锤击可引起柱体内经预处理的土壤的液化。如本文中所使用的，液化是指在单调的、循环的或振动荷载下的土壤结构，据此土壤失去一部分剪切阻力且暂时像液体流动。液化可使得支撑构件被插入孔中经预处理过的土壤柱体中，同时可使损坏的可能性最小化或至少减少损坏可能性。液化可发生在支撑构件600的远端616处或在支撑构件的远端616附近。当振动锤运动停止并伴随作用在土壤上的剪切应力的下降，支撑构件远端周围的液化后的土壤可以被压紧以使得有效地保护支撑元件的位置。例如，如图6A中所示，孔604中的土壤可具有在孔604的顶部附近的一个或多个相对松弛的土壤区域606、608。在支撑构件600的远端616处的区域610中的土壤可由于由支撑构件占用的容积和/或土壤流化被压紧。然后该方法可以进入步骤718，步骤718中内夹具或外夹具可以从插入地面中的支撑构件移除。代替物1000和/或夹紧构件1100可以从支撑构件600移除。例如，在可选择地将活塞状物1002与支撑构件600内的轴向腔中脱离之后，可以将代替物1000向上拉出。代替物1000因此可再用于插入另一个位置处的另一个支撑构件600。在步骤720，定日镜组件或其他需要的组件可以被安装至支撑构件。在一个或更多实施例中，一种将支撑元件安装到地面(例如包括(但不限于)坚硬的和/或多岩石的地面)的方法可包括:(a)将地面柱体预处理成松弛土壤，和(b)通过利用振动锤将支撑元件插入经预处理过的土壤柱体中。在一些实施例中，支撑元件包括一个锥形的远端。在一些实施例中，支撑元件包括一个锥形的远端，该远端实质上对土壤密封，从而在将支撑元件插入时，土壤不会从远端进入支撑元件的细长的中空的内腔。在一些实施例中，在整个插入过程中，基本上保持支撑元件的中空的腔中没有土壤。在一些实施例中，振动锤的振动引发暂时的土壤液化。在一些实施例中，振动锤在支撑元件的远端引发暂时的土壤液化。在一些实施例中，支撑元件被插入到深度L”该方法可在没有引起支撑元件的膨胀或破损或其他严重的附带损坏的情况下执行。在预处理之前，支撑元件相对于坚硬的和/或多岩石的土壤可能是相对脆弱的，从而在未经预处理的情况下缺乏保护的状态中的相对脆弱的支撑元件插入到深度L1会引起膨胀或破损或其他严重的附带损坏。在一些实施例中，支撑元件为具有相对薄的壁的金属支撑元件，壁的厚度为不超过支撑元件的横截面尺寸(例如直径)的5%、4%、3%、2%、1%或更少。在一些实施例中，预处理包括钻采未动过的土壤。在一些实施例中，预处理包括:(i)通过以一个方向旋转螺旋钻工具(例如钻头)而将螺旋钻工具插入土壤中，和(ii)通过以反方向旋转螺旋钻工具而将螺旋钻工具从土壤移除。在一些实施例中，支撑元件实质上在远端处密封，所以步骤(b)中的支撑元件插入操作产生支撑元件内实质上缺乏土壤的中空柱体。在一些实施例中，振动锤引发支撑元件内的机械振动，以达到大小至少20kN和/或不超过IOOkN的振动。在一些实施例中，振动锤被配置为经由夹紧支撑元件的代替物引发支撑元件内的振动。在一些实施例中，代替物在支撑元件的远端(即，插入地面的一端)处夹紧支撑元件，而在支撑元件的近端(即保留在地面上方的一端)处没有显著的夹紧动作。在一些实施例中，振动锤被配置为通过与支撑元件直接接触而引发支撑元件内的振动。在一些实施例中，该方法进一步包括在插入期间或插入之前将用于增援的非代替的细长物可逆地插入到支撑元件内部中并且在插入后从支撑元件内部移除增援的非代替的细长物。在一些实施例中，该方法被多次实施于具有不同局部硬度和/或多岩石程度的坚硬的和/或多岩石的土壤，从而每一经预处理过的土壤柱体的硬度实质上相同但小于每一柱体外的土壤硬度。在一些实施例中，多次为在单个施工场地上的至少100次。在一些实施例中，该方法可包括:(a)产生拥有的机械属性不同于周围原土壤的属性的土壤柱体，和(b)将支撑元件插入经预处理过的土壤柱体，包括将机械能量施加于支撑元件。在一些实施例中，机械能量包括振动。在一些实施例中，机械能量有效地产生土壤柱体的液化。在一些实施例中，和土壤性质的柱体结合的插入有效地沿柱体形状引导支撑元件。在一些实施例中，所述产生包括钻采未动过的土壤。在一些实施例中，支撑元件具有的壁太薄而不能在支撑元件没有破裂、膨胀、扭结和/或其他对支撑元件的损坏的情况下被锤进土壤中。在一些实施例中，支撑元件在插入端具有锥形尖端。在一些实施例中，插入包括在支撑元件下端处与支撑元件的侧壁机械啮合。在一些实施例中，支撑元件的壁实质上在支撑元件的下端处封闭。在一些实施例中，该方法进一步包括为支撑元件提供具有锥形尖端的封闭元件，该封闭元件的壁比支撑元件的壁更厚。在一些实施例中，产生包括将螺旋钻旋进到原土壤中并且反转所述旋进来移除螺旋钻。旋进和旋出可在没有将土壤向上传送的情况下有效扰动土壤。在一些实施例中，所述插入有效地转移柱体的土壤和有效地向上传送土壤。在一些实施例中，原土壤比柱体更硬。在一些实施例中，支撑元件是中空的。所述插入可以包括将支撑核心插入支撑元件中。该核心可以具膨胀元件，该膨胀元件膨胀在内部抵住支撑元件的壁以啮合支撑元件。在一些实施例中，支撑元件具有带有锥形尖端的密封元件，密封元件的壁的比支撑元件的壁更厚，并且支撑核心延伸至锥形尖端并直接支撑尖立而。在本发明的范围内，公开实施例的特征可以被组合、重新布置、省略等等，以产生另外的实施例。此外，在没有相应地使用其他的特征的情况下，某些特征有时可被用于获利。因此，显然的是，根据本发明的公开，提供用于将支撑元件插入地面的系统和方法。本公开使许多替换、修改和/或变型成为可能。尽管已经详细示出和描述特定实施例以说明本发明的原理的应用，但是应该理解，在不偏离这些原理的情形下，本发明可以别的方式实施。相应地，申请人意在包括在本发明精神和范围内的所有这种替换、修改、等同和变型。
权利要求
1.一种安装太阳能装置的方法，包括: 通过使用螺旋钻在土壤中钻孔，该孔具有直径Dh ； 在移除螺旋钻时，在所述孔中反转螺旋钻的方向以使得在所述孔中留下松弛土壤柱体，在反转期间为形成所述孔所钻的大部分土壤保留在所述孔中； 在通过使用代替物在插入期间支持支撑构件的圆形横截面形状以防止支撑构件的膨胀或纽结的同时，通过振动锤击将太阳能装置的支撑构件插入土壤柱体中；和将定日镜镜子组件和光电阵列组件中的一种装配到所述支撑构件上， 其中，所述支撑构件是具有最大外径Ds，管壁厚度ts和长度Ls的中空管， 所述孔直径Dh至少为所述支撑构件直径Ds的三倍， 所述管壁厚度ts小于所述支撑构件直径Ds的5%， 所述长度Ls至少为所述支撑构件直径Ds的20倍， 所述支撑构件包括径向延伸元件，所述径向延伸元件被布置以使得一旦所述支撑构件被插入土壤柱体中就会阻止所述支撑构件围绕其纵向轴旋转， 所述支撑构件具有被插入松弛土壤柱体中的封闭的锥形远端和在所述插入后保留在地面上方的开口端， 振动锤击为当将所述支撑构件插入所述柱体中时，使得所述支撑构件远端处或支撑构件远端附近的松弛土壤经受液化， 振动锤击包括在经所述代替物向所述支撑构件施加向下的推挤力的同时，在所述支撑构件的纵向方向上施加往复力 ，和所述代替物包括以下至少一个: 具有与中空管管壁的内表面紧密符合的外径的插入件； 具有与中空管管壁的外表面紧密符合的内径的外部支撑件； 具有用于哨合中空管管壁的内表面的径向延伸兀件的内夹具；和 具有用于哨合中空管管壁的外表面的径向延伸兀件的外夹具。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述螺旋钻具有是至少所述支撑构件直径的两倍的叶片。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述代替物包括插入件和外夹具，插入件和外夹具两者都被设置为接近支撑构件开口端。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述插入后，所述长度Ls的至少40%保留在地面上方。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，在钻孔期间，至少一些土壤从孔中被排出。
6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括:在所述反转之后和所述插入之前，将排出的土壤重新引入孔中。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述孔的深度至少为2米。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述反转之后，所述孔的至少一些缺乏固体材料。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括:在所述插入之后和所述装配之前，从所述支撑构件的内部容积移除所述代替物。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述代替物为插入件，该插入件套在支撑构件的内部容积中并且通过过盈和摩擦配合将力传递至所述支撑构件壁的内表面。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述代替物为具有径向延伸的活塞状物的内夹具，所述活塞状物与支撑构件壁的内表面上的相应的凹陷或开口啮合。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述支撑构件壁的内表面上有螺纹并且代替物是通过所述内表面螺纹旋进所述支撑构件中的插入件。
13.一种安装太阳能装置的方法，包括: 通过使用螺旋钻在孔中产生松弛土壤柱体，该孔具有直径Dh，在所述产生期间孔中大部分土壤留在孔中； 通过振动锤击，将太阳能装置的支撑构件插入土壤柱体中；和 将定日镜镜子组件和光电阵列组件中的一种装配到所述支撑构件上， 其中，所述支撑构件是具有最大外径Ds，管壁厚度ts和长度Ls的中空管， 所述孔直径Dh至少为所述支撑构件直径Ds的三倍， 所述管壁厚度ts小于所述支撑构件直径Ds的5%， 所述长度Ls至少为所述支撑构件直径Ds的20倍， 所述支撑构件包括径向延伸元件，所述径向延伸元件被布置以使得一旦所述支撑构件被插入土壤柱体中就会阻止所述支撑构件围绕其纵向轴旋转， 所述支撑构件具有被插入松弛土壤柱体中的封闭的锥形远端和在所述插入后保留在地面上方的开口端 ， 振动锤击为当将所述支撑构件插入所述柱体中时，使得所述支撑构件远端处或支撑构件远端附近的松弛土壤经受液化，和 振动锤击包括在向所述支撑构件施加向下的推挤力的同时，在所述支撑构件的纵向方向上施加往复力。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述螺旋钻具有是至少所述支撑构件直径的两倍的叶片。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，在所述插入后，所述支撑构件的长度Ls的至少40%保留在地面上方。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述支撑构件为金属的或金属合金的。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述孔的深度至少为2米。
18.一种安装太阳能装置的方法，包括: 通过使用螺旋钻钻孔在孔中产生松弛土壤柱体，该孔具有直径Dh ;和 通过振动锤击，将太阳能装置的支撑构件插入松弛土壤柱体中， 其中，所述支撑构件是具有最大横截面尺寸Ds，壁厚度ts的中空构件， 所述孔直径Dh至少为所述支撑构件横截面尺寸Ds的三倍，并且 所述壁厚度ts小于所述支撑构件横截面尺寸Ds的5%。
19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括，在所述插入之后，将定日镜镜子组件或光电阵列组件装配到所述支撑构件上。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述支撑构件包括径向延伸元件，所述径向延伸元件被布置以使得一旦所述支撑构件被插入土壤柱体中就会阻止所述支撑构件围绕其纵向轴旋转。
21.根据权利要求18所述的方法，其中，在所述插入期间，所述支撑构件被夹紧以使得从所述支撑构件的内侧和/或外侧支持所述支撑构件壁。
22.根据权利要求18所述的方法，其中，所述振动锤击为当将所述支撑构件插入所述柱体中时，使得所述支撑构件远端处或支撑构件远端附近的松弛土壤经受液化。
23.根据权利要求18所述的方法，其中，振动锤击包括在经所述代替物向所述支撑构件施加向下的推挤力的同时，在所述支撑构件的纵向方向上施加往复力，其中，所述代替物与所述支撑构件的内壁或外壁接触。
24.一种安装太阳能装置的方法，包括: 通过使用螺旋钻在土壤中钻孔，该孔具有直径Dh ； 在移除螺旋钻时，反转螺旋钻在孔中的方向，以使得在所述孔中留下松弛土壤柱体，在钻孔期间所述孔中的大部分土壤在反转期间保留在所述孔中； 通过振动锤击将太阳能装置的支撑构件插入土壤柱体中；和 将定日镜镜子组件和光电阵列组件中的一种装配到所述支撑构件上， 其中，所述支撑构件是具有最大外径Ds，管壁厚度ts和长度Ls的中空管， 所述管壁厚度ts小于所述支撑构件直径Ds的5%， 所述长度Ls至少为所述支撑构件直径Ds的20倍， 所述支撑构件包括径向延伸元件，所述径向延伸元件被布置以使得一旦所述支撑构件被插入土壤柱体中就会阻止所述支撑构件围绕其纵向轴旋转， 所述支撑构件具有被插入 松弛土壤柱体中的封闭的锥形远端和在所述插入后保留在地面上方的开口端， 振动锤击为当将所述支撑构件插入所述柱体中时，使得所述支撑构件远端处或支撑构件远端附近的松弛土壤经受液化，和 振动锤击包括在向所述支撑构件施加向下的推挤力的同时，在所述支撑构件的纵向方向上施加往复力。
25.根据权利要求书24所述的方法，其中，所述螺旋钻具有是至少所述支撑构件直径的两倍的叶片。
26.根据权利要求24所述的方法，其中，在所述插入后，所述支撑构件的长度Ls的至少40%保留在地面上方。
27.根据权利要求24所述的方法，其中，所述支撑构件为金属的或金属合金的。
28.根据权利要求24所述的方法，其中，在钻孔期间，至少一些土壤从孔中被排出。
29.根据权利要求28所述的方法，进一步包括，在所述反转之后和所述插入之前，将排出的土壤重新引入孔中。
30.根据权利要求24所述的方法，其中，所述孔的深度至少为2米。
31.根据权利要求24所述的方法，其中，在所述反转之后，所述孔的至少一些缺乏固体材料。
32.根据权利要求24所述的方法，其中，所述孔容积的至少10%缺乏固体材料。
33.根据权利要求24所述的方法，其中，所述孔直径Dh至少为所述支撑构件直径Ds的三倍。
34.一种安装太阳能装置的方法，包括:通过使用螺旋钻在土壤中钻孔； 在移除螺旋钻时，在所述孔中反转螺旋钻的方向以使得在所述孔中留下松弛土壤柱体；和 通过振动锤击，将太阳能装置的支撑构件插入土壤柱体中， 其中，所述支撑构件是具有最大 横截面尺寸Ds和壁厚度ts的中空构件，并且 所述壁厚度ts小于所述支撑构件横截面尺寸Ds的5%。
35.根据权利要求34所述的方法，其中，所述螺旋钻具有是至少所述支撑构件直径的两倍的叶片。
36.根据权利要求34所述的方法，其中，在钻孔期间，至少一些土壤从孔中被排出。
37.根据权利要求36所述的方法，进一步包括:在所述反转之后和所述插入之前，将排出的土壤重新引入孔中。
38.根据权利要求34所述的方法，其中，所述孔的深度至少为2米。
39.根据权利要求34所述的方法，其中，在所述反转之后，所述孔的至少一些缺乏固体材料。
40.根据权利要求34所述的方法，其中，所述孔的容积的至少10%缺乏固体材料。
41.根据权利要求34所述的方法，其中，所述孔直径Dh至少为所述支撑构件直径Ds的三倍。
42.根据权利要求34所述的方法，进一步包括，在所述插入之后，将定日镜镜子组件或光电阵列组件装配到所述支撑构件上。
43.根据权利要求34所述的方法，其中，在所述插入期间，支撑构件被夹紧以使得从所述支撑构件的内侧和/或外侧支持支撑构件壁。
44.根据权利要求34所述的方法，其中，振动锤击为当将所述支撑构件插入所述柱体中时，使得所述支撑构件远端处或支撑构件远端附近的松弛土壤经受液化。
45.根据权利要求34所述的方法，其中，振动锤击包括在经所述代替物向所述支撑构件施加向下的推挤力的同时，在所述支撑构件的纵向方向上施加往复力，其中，所述代替物与支撑构件的内表面或外表面接触。
46.一种安装太阳能装置的方法，包括: 通过使用螺旋钻在孔中产生松弛土壤柱体，该孔具有直径Dh，在产生期间孔中大部分土壤留在孔中； 在使用代替物在所述插入期间支持所述支撑构件的实质为圆形的横截面以防止所述支撑构件膨胀或扭结的同时，通过振动锤击将太阳能装置的支撑构件插入土壤柱体中；和将定日镜镜子组件和光电阵列组件中的一种装配到所述支撑构件上， 其中，所述支撑构件是具有最大外径Ds，管壁厚度ts和长度Ls的中空管， 所述管壁厚度ts小于所述支撑构件直径Ds的5%， 所述长度Ls至少为所述支撑构件直径Ds的20倍， 所述支撑构件包括径向延伸元件，所述径向延伸元件被布置以使得一旦所述支撑构件被插入土壤柱体中就会阻止所述支撑构件围绕其纵向轴旋转， 所述支撑构件具有被插入松弛土壤柱体中的封闭的锥形远端和在所述插入后保留在地面上方的开口端，振动锤击为当将所述支撑构件插入所述柱体中时，使得所述支撑构件远端处或支撑构件远端附近的松弛土壤经受液化，和 振动锤击包括在经所述代替物向所述支撑构件施加向下的推挤力的同时，在所述支撑构件的纵向方向上施加往复力， 所述代替物包括以下至少一个: 具有与中空管管壁的内表面紧密符合的外径的插入件； 具有与中空管管壁的外表面紧密符合的内径的外部支撑件； 具有用于啮合中空管管壁的内表面的径向延伸元件的主动插入件；和 具有用于啮合中空管管壁的外表面的径向延伸元件的主动外部支撑件。
47.根据权利要求46所述的方法，其中，在所述插入后，所述支撑构件的长度Ls的至少40%保留在地面上方。
48.根据权利要求46所述的方法，其中，所述孔直径Dh至少为所述支撑构件直径Ds的三倍。
49.根据权利要求46所述的方法，其中，所述代替物包括插入件和外夹具两者，所述插入件和外夹具两者都被设置为接近所述支撑构件开口端。
50.根据权利要求46所述的方法，其中，在所述插入期间，所述代替物从所述支撑构件的内侧和/或外侧与所述支撑构件壁接触。
51.根据权利要求46所述的方法，进一步包括:在所述插入之后和所述装配之前，从所述支撑构件的内部容 积移除所述代替物。
52.根据权利要求46所述的方法，其中，所述代替物为插入件，该插入件套在支撑构件的内部容积中并且通过过盈配合或摩擦配合将力传递至所述支撑构件壁的内表面。
53.根据权利要求46所述的方法，其中，所述代替物为具有径向延伸的活塞状物的内夹具，所述活塞状物与所述支撑构件壁的内表面上相应的凹陷和开口啮合。
54.根据权利要求46所述的方法，其中，所述支撑构件壁的内表面上有螺纹并且代替物是通过所述内表面螺纹旋进所述支撑构件中的插入件。
55.一种安装太阳能装置的方法，包括: 通过使用螺旋钻在孔中产生松弛土壤柱体，该孔具有直径Dh ;和在使用代替物在所述插入期间支持所述支撑构件壁以防止所述支撑构件的膨胀或扭结的同时，通过振动锤击将太阳能装置的支撑构件插入土壤柱体中， 其中，所述支撑构件是具有最大外横截面尺寸Ds，壁厚度ts和长度Ls的中空构件， 所述壁厚度ts小于所述支撑构件直径Ds的5%。
56.根据权利要求55所述的方法，其中，在所述插入后，所述支撑构件的长度Ls的至少40%保留在地面上方。
57.根据权利要求55所述的方法，其中，所述孔直径Dh至少为所述支撑构件直径Ds的三倍。
58.根据权利要求55所述的方法，进一步包括:在所述插入后，将定日镜镜子组件或光电阵列组件装配到支撑构件上。
59.根据权利要求55所述的方法，其中，振动锤击为当将所述支撑构件插入所述柱体中时，使得所述支撑构件远端处或支撑构件远端附近的松弛土壤经受液化。
60.根据权利要求55所述的方法，其中，振动锤击包括在经所述代替物向所述支撑构件施加向下的推挤力的同时，在所述支撑构件的纵向方向上施加往复力，其中，所述代替物与所述支撑构件壁的内表面和/或外表面接触。
61.根据权利要求55所述的方法，其中，所述代替物为插入件，该插入件套在支撑构件的内容积中并且通过过盈配合或摩擦配合将力传递至所述支撑构件壁的内表面。
62.根据权利要求55所述的方法，其中，所述代替物为具有径向延伸的活塞状物的内夹具，所述活塞状物与所述支撑构件壁的内表面上相应的凹陷或开口啮合。
63.根据权利要求55所述的方法，其中，所述支撑构件壁的内表面上有螺纹并且代替物是通过所述内表面螺纹旋 进所述支撑构件中的插入件。
全文摘要
例如定日镜(或安装在场内的其他部件)的支撑构件可以为中空的和薄壁的，以减少施工和/或材料成本。然而在使用打桩方式被推入相对地多岩石的和/或被压紧的土壤中时，这样的支撑构件可相对地脆弱并且易受到膨胀或其他损坏的影响。为了避免损坏支撑构件，需在将支撑构件插入土壤之前将土壤预处理以松弛土壤。螺旋钻可在土壤中钻孔并且之后可被反转以使在移除螺旋钻之后，土壤保留在孔中和/或随后被重新引入孔中，从而在孔中留下实质上松弛的土壤柱体。振动锤击可引起支撑构件周围土壤的暂时液化以使得在减少对支撑构件的潜在损坏的同时将支撑构件插入土壤柱体中。
文档编号E02D5/80GK103097612SQ201280001888
公开日2013年5月8日 申请日期2012年1月10日 优先权日2011年1月10日
发明者什穆埃尔·胡斯 申请人:亮源工业(以色列)有限公司