CN111989285A - 提升工具 - Google Patents

Abstract

用于提升海上结构物的元件，例如风力发电机组的过渡件（2）的提升工具（1），包括框架（8）和用于接合待提升元件（3）的多个接合构件（6）。接合构件（6）绕框架（8）的中心线彼此相距一个角距离被安装至框架（8）。提升工具（1）还包括待连接至起重机的提升钢丝绳的并且位于接合构件（6）所在的虚拟圆柱内的提升构件（9）。提升构件（9）和框架（8）通过至少三个线性致动器（10）被刚性地互相连接，该至少三个线性致动器（10）被布置为使得提升构件（9）独立于接合构件（6），相对于该中心线在多个径向方向上相对于框架（8）可移动。

Description

提升工具

本发明涉及一种用于提升海上结构物的元件的提升工具，该元件例如是海上风力发电机组的过渡件。

大多数海上风力发电机组使用单桩基础，过渡件被放置在该单桩基础上。风力发电机组及其塔楼被安装在过渡件上。过渡件通过将提升工具一方面连接至起重机的提升钢丝绳，另一方面连接至过渡件而被提升。重要的是，要将提升工具与过渡件的重心对齐。否则，过渡件可能从起重机的提升钢丝绳倾斜而悬挂和/或过渡件可能在一旦将其提升就开始摆动。同样的影响可能发生在待提升的其他元件上。

本发明的目的在于提供一种提升工具，其能够快速而精确地与待提升元件的重心对齐。

为此目的，根据本发明的提升工具包括框架，用于接合待提升元件的多个接合构件，该接合构件绕框架的中心线彼此相距一个角距离被安装至框架，以及待连接至起重机的提升钢丝绳的并且位于接合构件所在的虚拟圆柱内的提升构件，其中提升构件和框架通过至少三个线性致动器被刚性地互相连接，该至少三个线性致动器被布置为使得提升构件独立于接合构件，相对于该中心线在多个径向方向上相对于框架可移动。

本发明的优点在于提升构件的位置能够在不同的径向方向上相对于框架进行调整。本发明提供了通过操作单独的线性致动器以自动的方式控制对齐的机会。这工作迅速并且也很安全，因为操作者在对准提升工具时能够远离提升工具。提升工具可以被提供有用于测量加速度/运动、位置、重力、振动、压力等的传感器，以利于在水平方向和垂直方向上自动地对齐和定位。提升构件的相对位置可以基于所计算的或所测得的待提升元件的重心在开始提升行动之前进行调整。

该刚性相互连接允许引导框架和提升构件之间的推力，这不同于钢丝绳连接，例如，钢丝绳连接无法引导推力。在操作条件下，框架的中心线向上定向或基本上是垂直的，接合构件可以在水平朝向的平面中。框架的中心线可以与虚拟圆柱的中心线重合。

优选地，致动器在接合构件处被耦接至框架，以将接合构件和框架上产生提升力的位置之间的距离降至最低。

在提升工具的操作条件下，提升构件可以位于框架上方。

在特定的实施例中，提升构件和框架通过三个线性致动器被相互连接，当提升构件位于中心线处时，该三个线性致动器围绕提升构件以等角距离被定位。这种布置提供了相对于中心线在所有的径向方向上移动提升构件的机会，这避免了对于相对于待提升元件以预定的旋转位置定位提升工具的需要。

该线性致动器中的每个致动器可以通过第一枢轴被枢转地安装至提升构件，通过第二枢轴被枢转地安装至框架。

在特定实施例中，该线性致动器中的每个致动器基本上垂直于中心线延伸，其中第一枢轴和第二枢轴具有基本上平行于中心线延伸的各自的枢转轴线。这是相当简单和稳健的结构。

可替换地，该线性致动器可以形成三角架。也可以想到六角结构。

实际上，该线性致动器可以包括液压缸。

接合构件可以被提供具有各自的支撑件，该支撑件包括用于接合待提升元件的配合提升板的向上定向的支撑表面，其中框架被提供具有驱动装置，该驱动装置用于使提升工具相对于待提升元件旋转，以使支撑件移动到提升板下方的位置。在这种情况下，提升工具的支撑件和待提升元件的提升板形成卡口联接。

驱动装置可以由可驱动的驱动轮形成，该驱动轮可在中心线的径向方向上移动以在待提升元件被提供具有管状部分时，使驱动轮接合或脱离待提升元件的管。

支撑件可以指向框架的中心线，使得它们能够接合待提升元件的向外定向的提升板。这些向外定向的提升板在待提升元件是海上风力发电机组的过渡件时是有利的，例如，由于过渡件的上侧经常被提供具有用于临时保护过渡件中的装置的保护盖。当应用向外定向的提升板时，该保护盖能够在提升行动期间继续保留在过渡件上。

提升工具可以被提供具有对齐装置，该对齐装置包括被定位为使得其视线在与框架的中心线相同的方向上延伸的相机，以及用于接收和处理来自于相机的信号的控制装置，该控制装置被配置为使得当过渡件通过提升工具被安装至单桩并且过渡件接近单桩时，控制装置基于相机信号确定单桩的沿其长度的至少两个圆周图像，例如，单桩的上边沿和下边沿，沿相机的视线在不同位置处生成固定位置的虚拟圆周图像并且经由用户界面向操作者展示该图像。操作者可以是没能直视单桩的起重机司机。起重机司机能够移动包括过渡件的提升工具，使得单桩的圆周图像和成像的圆周图像向彼此移动以对齐过渡件和单桩。

下文将参考以示例方式示出本发明的实施例的示意图来阐述本发明。

图1是根据本发明的一种提升工具的实施例的透视图；

图2是图1的实施例的更大比例的相似视图；

图3是图1的实施例的顶视图；

图4和图5是图3的相似视图，但示出了提升工具的不同状态；

图6是图2的实施例的透视剖视图；

图7是如图1所示的提升工具的部分的更大比例的侧视图；

图8是图7的相似视图，但示出了提升工具的不同状态；

图9是提升工具的一个替换实施例的图解视图；

图10是图9的相似视图，但示出了提升工具的不同状态；

图11是对齐装置的运行的解释性示图；

图12是对齐装置的用户界面上的视图。

图1示出了根据本发明的一种提升工具1的实施例。提升工具1适合于提升海上结构物的元件，例如风力发电机组的过渡件2，或提升包括法兰的另外的细长构件。例如，过渡件2包括管状件3，管状件3能够被安装在固定于海底的单桩上。过渡件2被提供具有固定于管状件3的工作平台4。管状件3具有被保护盖5覆盖的上端，保护盖5用于临时地保护管状件3中的装置（未示出）。这些装置目的在风力发电机组的作业时间内使用，并且在其实际上被放置在海上之前已经被安装在过渡件3内。更概括地说，该待提升元件是包括可移除的保护盖的管状件，该保护盖用于关闭管状件。

在将过渡件2安装在其预期位置后，可以移除保护盖5并且可以将风力发电机组的基架安装到过渡件2上。提升工具1被提供具有三个接合构件6，接合构件6能够接合被固定于管状件3的上端的提升板7。在这种情况下，接合构件6和提升板7经由卡口联接而彼此联接。提升板7从过渡件2向外方向上突出。这意味着保护盖5能够在提升行动期间继续保留在过渡件2上。

图2更详细地示出了提升工具2。提升工具1包括框架8，接合构件6被安装至框架8。框架8处于在操作条件下水平朝向的主平面中。接合构件6位于一个虚拟圆柱上，该虚拟圆柱的中心线垂直于框架8的水平朝向的主平面。提升工具1还被提供具有提升构件9，提升构件9能够经由提升构件9中的吊环被连接至起重机（未示出）的提升钢丝绳。在所示的实施例中，在提升工具1的操作条件下，提升构件9位于框架8上方。

在如图2所示的实施例中，提升工具9和框架8通过液压缸10形式的三个线性致动器被相互连接，液压缸10经由各自的第一枢轴11被枢转地安装于提升构件9，第一枢轴11包括垂直于框架8的主平面延伸的各自枢转轴线。液压缸10垂直于虚拟圆柱的中心线延伸并且形成提升构件9和框架8之间的刚性连接。第一枢轴11以等角距离围绕提升构件9。当提升构件9位于虚拟圆柱的中心线处时，液压缸10围绕提升构件9以等角距离从提升构件9径向延伸。这种情况从图3上面示出了。

液压缸10还经由各自的第二枢轴12被枢转地安装于框架8，第二枢轴12包括平行于第一枢轴11的枢转轴线延伸的各自的枢转轴线。在如图2所示的实施例中，第二枢轴12位于接合构件6处。由于液压缸10相对于提升构件9和框架8的布置，提升构件9可独立于接合构件6，在虚拟圆柱的中心线的所有径向方向上相对于框架8移动。这提供了在提升前易于将提升构件9移动至过渡件2的重心上方的位置处。

提升工具1被提供具有驱动轮13，驱动轮13被安装至臂14，臂14在接合构件6处被枢转地安装于框架8。臂14由液压缸15驱动，使得驱动轮13能够移动至过渡件2的管状件3或从管状件3处移走。当在接触管状件3后驱动驱动轮13时，提升工具1相对于管状件3旋转。在图4中示出了后一种情况，其示出了框架8相对于图3中所示的情况顺时针旋转。在这个移动期间，接合构件6的各向上定向的支撑表面16被定位在提升板7下面，因此形成卡口联接。图6中示出了这种情况。

图7和图8更详细地示出了接合构件6的操作。接合构件6中的每个被提供具有臂17，臂17一方面经由具有水平朝向的枢转轴线的第三枢轴18被枢转地安装于框架8，另一方面经由也具有水平朝向的枢转轴线的第四枢轴20被枢转地安装于第二枢轴12的立轴19。第四枢轴20的枢转轴线比第三枢轴18的枢转轴线离提升构件9更近。臂17中的每个被提供具有锁定件28。一旦相对于框架8向下移动提升构件9，接合构件6就由于向上移动锁定件28而提供用于接收提升板7的各开口。图7中示出了这种情况。当提升构件9相对于框架8向上移动时，例如如图8中所示，臂17倾斜使得提升板7被夹持在各支撑表面16和向下移动的锁定件28之间。因此，提升板7在提升期间将不能弯曲，而在提升期间获得固定的提升支撑。应当注意，由于锁定件28的一侧在接合构件6处抵靠相对的壁，所以每个臂17适于使其可通过相应的第三枢轴18仅旋转有限的角度。

图5示出了通过操作各个液压缸10使提升构件9相对于框架8移动以远离虚拟圆柱的中心线的情况。提升构件9的相对位置可以基于所计算的或所测得的待提升元件2重心在开始提升行动之前进行调整。可替换地，提升构件9的相对位置可以基于来自提升工具1和/或过渡件2上的传感器的信息在提升行动期间进行调整。

在可替换的实施例中，液压缸可以形成三角架。图9和图10示出了三角架配置的液压回路，其中可见三个液压缸10中的两个。图9示出了提升构件9处于框架8的中心线处，偏离过渡件2的重心COG的情况。图10示出了液压缸10***作以使得提升构件9与重心COG对齐的情况。

在这个实施例中，液压缸10被彼此连接以使用连通体积的原则来将油压分布在液压缸10中。全部三个液压缸10是相同的并且被装备有制动器和双密封，以对它们故障防护。此外，每个液压缸10具有用于释放压力以使提升工具1能够软着陆的***。液压缸10之间的液压管路（用于创造连通体积）包括根据待提升的过渡件2所需要的朝向（角度）通过该***使油能够流动或使其不流动的阀。

应当注意，在操作条件下，悬挂提升工具1的起重机吊钩也需要与重心COG垂直对齐，以确保过渡件1一经提升不会摆动。

为了安全而精确地将过渡件2安装在单桩上，提升工具1可以被提供具有对齐装置，该对齐装置包括相机21和控制装置（未示出）。图11示出了该对齐装置的运行。相机21可以位于提升工具1的框架8上。它被定位为使得相机21的视线22与框架8的中心线在相同的方向上延伸。图11仅大体示出了相机21和控制装置的运行，未示出提升工具1、过渡件2和单桩，但图11中的管23可以被认作单桩。图11示出了沿着相机21的视线22，有前虚构圆周图像24和后虚构圆周图像25。前虚构圆周图像24和后虚构圆周图像25两者沿着视线22都具有不同的位置并且都由控制装置生成。当过渡件2将通过提升工具1被安装至单桩和接近单桩时，相机21也检测到单桩的前圆周图像26和后圆周图像27。实际上，前圆周图像26和后圆周图像27可以对应于单桩的上边缘和下边缘，但也可想到管23的其他位置。控制装置经由用户界面（未示出），例如经由移动电话向起重机司机展示所检测到的和生成的图像24 - 27。图12示出了能够被起重机司机看到的图像的一个示例。基于这些图像，起重机司机能够调整过渡件2的位置和朝向使得一方面前虚拟圆周图像24和前圆周图像26形成同心圆，另一方面后虚拟圆周图像25和后圆周图像27形成同心圆，使得过渡件2和单桩对齐。应当注意，在这种情况下，单桩或管23具有圆形横截面，因此产生同心圆，但是也可想到替代的形状。

控制装置可以被提供具有用于计算起重机司机所需的必需运动以帮助获取图像的同心度的软件。由于起重机司机能够将过渡件2和单桩对齐，而不需要单桩处的人力协助，因此该工作能够以安全的方式完成。

更一般地，本发明还涉及一种相对于例如单桩等细长元件对齐例如提升工具等构件的方法，其中相机被安装于待对齐的构件，其中相机被定位为使得在对齐后，其沿着视线的视野基本上与细长元件的中心线重合，其中包括相机的该构件位于细长元件的相机可看到该细长元件的端部处或接近该端部，使得相机检测细长元件的在纵向方向的不同位置处的至少两个圆周图像，例如，细长元件的上边缘和下边缘，其中沿着相机的视线的不同位置处的至少两个虚拟圆周图像被生成，其中待对齐的构件和细长元件相对于彼此被移动和定向为使得虚拟圆周图像的中心基本上与细长元件的圆周图像的中心重合。本发明还涉及应用这个方法的一种对齐装置。

本发明不限于附图中所示的和上文中所描述的实施例，这些实施例可以在权利要求及其技术等同物的范围内以不同方式变化。

Claims (13)

1.一种用于提升海上结构物的元件，例如海上风力发电机组的过渡件（2）的提升工具（1），其包括框架（8），用于接合待提升元件（2）的多个接合构件（6），所述接合构件（6）绕所述框架（8）的中心线彼此相距一个角距离被安装至所述框架（8），以及待连接至起重机的提升钢丝绳的并且位于所述接合构件（6）所在的虚拟圆柱内的提升构件（9），其中所述提升钢构件（9）和所述框架（8）通过至少三个线性致动器（10）被刚性地互相连接，所述至少三个线性致动器（10）被布置为使得所述提升构件（9）独立于所述接合构件（6），相对于所述中心线在多个径向方向上相对于所述框架（8）可移动。

2.根据权利要求1所述的提升工具（1），其中所述致动器（10）在所述接合构件（6）处被联接所述框架（8）。

3.根据权利要求1或2所述的提升工具（1），其中在所述提升工具（1）的操作条件下，所述提升构件（9）位于所述框架（8）上方。

4.根据前述权利要求中任一所述的提升工具（1），其中所述提升构件（9）和所述框架（8）通过三个线性致动器（10）被相互连接，当所述提升构件（9）位于所述中心线处时，所述三个线性致动器（10）围绕所述提升构件（9）以等角距离被定位。

5.根据权利要求4所述的提升工具（1），其中所述线性致动器（10）中的每个致动器（10）通过第一枢轴（11）被枢转地安装至所述提升构件（9），通过所述第二枢轴（12）被枢转地安装至所述框架（8）。

6.根据权利要求5所述的提升工具（1），其中所述线性致动器（10）中的每个致动器（10）基本上垂直于所述中心线延伸，其中所述第一枢轴（11）和所述第二枢轴（12）具有基本上平行于所述中心线延伸的各自的枢转轴线。

7.根据权利要求4或5所述的提升工具（1），其中所述线性致动器形成三角架。

8.根据前述权利要求中任一所述的提升工具（1），其中所述线性致动器包括液压缸（10）。

9.根据前述权利要求中任一所述的提升工具（1），其中所述接合构件（6）被提供具有各自的支撑件，所述支撑件包括用于接合待提升元件（2）的配合提升板（7）的向上定向的支撑表面（16），其中所述框架（8）被提供具有驱动装置（13），所述驱动装置（13）用于使所述提升工具（1）相对于待提升元件（2）旋转，以使所述支撑件移动到所述提升板（7）下方的位置。

10. 根据权利要求9所述的提升工具（1），其中 所述驱动装置由可在所述中心线的径向方向上移动的可驱动的驱动轮（13）形成。

11.根据权利要求9或10所述的提升工具（1），其中所述支撑件定向至所述框架（8）的所述中心线。

12. 根据前述权利要求中任一所述的提升工具（1），其中所述提升工具（1）被提供具有包括对齐装置，所述对齐装置包括相机（21）和用于接收和处理来自于所述相机的信号的控制装置，所述相机（21）被定位为使得所述相机（21）的视线（22）在与所述框架（8）的中心线相同的方向上延伸，所述控制装置被配置为使得当过渡件（2）通过所述提升工具（1）被安装至单桩并且所述过渡件（2）接近所述单桩时，所述控制装置基于所述相机信号确定所述单桩的沿其长度的至少两个圆周图像（26，27），例如，所述单桩的上边沿和下边沿，沿所述相机（21）的所述视线（22）在不同位置处生成具有固定位置的虚拟圆周图像（24，25）并且经由用户界面向操作者展示所述图像（24 - 27）。

13.根据前述权利要求中任一所述的提升工具（1），其中所述待提升元件（2）是包括可移除的保护盖（5）的管状件（3），所述保护盖（5）用于关闭所述管状件（3）。

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