背景技術(shù)：

在實踐中已知有用于放置地樁的振動裝置，地樁上可以安裝諸如風力渦輪機的結(jié)構(gòu)。這種振動裝置利用實心樁或管樁的振動，其中該樁用振動塊振入地下。這樣的塊體通常在地樁的基本豎直的位置連接至地樁的上側(cè)。此時需要在地樁的尺寸和相關(guān)塊體之間進行良好匹配。這在實踐中通常較耗時，由于距離較大導(dǎo)致連接的視圖相對較差，并且不準確性相對較大，伴隨額外增加的事故風險。

在實踐中還已知振動塊設(shè)置在處于水平位置的地樁上。此時需要較大的力來通過振動裝置將地樁從水平位置移動到豎直振動位置。在旋轉(zhuǎn)期間，振動塊的各個部件此時通常以不利的角度暴露于較大的力，使得振動塊的壽命受限和/或需要額外的維護。例如振動裝置的彈性元件這樣的部件，在這種常規(guī)裝置中暴露于改變的彎曲度，從而更難以獲得正確的旋轉(zhuǎn)角度并據(jù)此將振動裝置連接至地樁。此外還發(fā)現(xiàn)，彈性元件，特別是使用彈性體的彈性元件，顯示相對較大的強度變化，使得在一段時間之后，特別是在產(chǎn)生大負載的情況下，可能發(fā)生斷裂。這增加了地基元件的定位期間的事故風險。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是消除或減少上述問題，并提供一種用于將地基元件插入地下的有效的振動裝置。

使用根據(jù)本發(fā)明的用于將地基元件插入地下的振動裝置來實現(xiàn)該目的，其中所述振動裝置包括：

夾持機構(gòu)，所述夾持機構(gòu)用于固定地夾持所述地基元件；

振動塊，所述振動塊被配置為提供振動以將所述地基元件插入地下，其中所述振動塊設(shè)有彈性元件；以及

固定機構(gòu)，所述固定機構(gòu)被配置為向所述彈性元件施加偏壓，從而減少所述彈性元件的運動。

通過用固定機構(gòu)對振動裝置中存在的彈性元件施加偏壓，減小并優(yōu)選完全避免在定位期間振動裝置的部件之間的相對運動。所述固定機構(gòu)使得所述彈性元件與力作用暫時隔離成為可能。彈性元件由例如，彈簧、橡膠、彈性體或其它彈性元件形成。這些彈性元件用于在振動過程中不向該設(shè)備的其余部分傳遞施加在地基元件上的力。

在地基元件和振動裝置定位期間，其中例如利用旋轉(zhuǎn)機構(gòu)來執(zhí)行旋轉(zhuǎn)，從而用振動裝置抬升并豎立地基元件，在實踐中發(fā)現(xiàn)相對較大的運動是由于在定位期間產(chǎn)生的力的結(jié)果。離岸地基元件重例如約1800噸，并且直徑例如約6米。這導(dǎo)致施加在裝置上的力較大。相對運動，特別是在定位期間的相對運動，導(dǎo)致部件，特別是彈性元件的磨損，由此顯著限制振動裝置的壽命。當例如多個地基元件必須用一個相同的振動裝置離岸放置時，這也會導(dǎo)致關(guān)于例如振動裝置的操作可用性的實際問題。

在振動裝置設(shè)置在仍處于非豎直位置（即，尚未進入振動位置）的地基元件上的情況下，在地基元件和振動裝置定位期間產(chǎn)生的力特別大。這意味著振動裝置和地基元件的組件在使用之前仍然必須旋轉(zhuǎn)至基本豎直的振動位置。這種運動也被稱為上升。使用常規(guī)系統(tǒng)，實踐中對彈性元件（特別是由于振動裝置的部件相對于彼此執(zhí)行的相對運動）造成損壞。 通過使用在使彈性元件置于偏壓下的固定機構(gòu)，減少或甚至完全避免這種損壞，使得根據(jù)本發(fā)明的振動裝置的壽命顯著增加。

所述地基元件可以以各種形式提供，包括樁、管、筒等。該地基元件還特別包括設(shè)有凸緣的管狀地樁，結(jié)構(gòu)，比如風力渦輪機，可放置在該凸緣上。

所述固定機構(gòu)優(yōu)選包括用于向彈性元件施加偏壓的若干缸體。數(shù)量例如為一個、兩個或四個缸體。顯然，也可以使用不同數(shù)量的缸體。例如，令缸體延伸，會導(dǎo)致所述彈性元件與用于抬升過程的力作用隔離。彈性元件的整體或至少部分阻擋實現(xiàn)了在振動裝置定位期間，特別是在振動裝置和地基元件的組件的上升期間，在振動裝置的部件之間基本上不發(fā)生相對運動。

在根據(jù)本發(fā)明的有利的優(yōu)選實施例中，所述振動裝置包括旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)可操作地連接至振動塊且被配置成使振動塊與彈性元件一起旋轉(zhuǎn)，其中所述夾持機構(gòu)固定地保持所述地基元件。

通過設(shè)置旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，能夠執(zhí)行上述上升。旋轉(zhuǎn)機構(gòu)與夾持機構(gòu)和彈性元件的組合實現(xiàn)了減少并且優(yōu)選地甚至完全避免因產(chǎn)生的力導(dǎo)致的對部件的不期望的損壞。在實踐中發(fā)現(xiàn)所述組合顯著提高振動裝置的操作可用性。

在根據(jù)本發(fā)明的有利的優(yōu)選實施例中，所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括缸體。

所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)有缸體從而能夠旋轉(zhuǎn)，以例如通過有效的方式進行上升。對于此旋轉(zhuǎn)運動，不需要使用絞盤和/或抬升設(shè)備。這增加了使用根據(jù)本發(fā)明的振動裝置的便利性。此外，由此提供有成本效益的振動裝置。由此也在使用期間限制旋轉(zhuǎn)過程所需的持續(xù)時間，使得可以更有效地執(zhí)行設(shè)置地基元件的整個過程。

根據(jù)本發(fā)明的振動裝置的另一個額外的優(yōu)點是，所述框架可以以相對簡單的方式設(shè)有一個以上振動塊，例如兩個、四個或甚至更多個。因此，為了插入地基元件，可以以有效的方式施加較大功率。在具有多個振動塊的這些實施例中，優(yōu)選使用基部框架和所謂的撐桿。

在根據(jù)本發(fā)明的有利的優(yōu)選實施例中，所述夾持機構(gòu)包括：

框架，所述框架設(shè)有多個缸體；

多個夾持構(gòu)件，所述夾持構(gòu)件可操作地連接至所述缸體以用于夾持地基元件；

定位構(gòu)件，所述定位構(gòu)件可操作地連接至所述夾持構(gòu)件，使得所述夾持構(gòu)件圍繞所述地基元件的邊緣接合；和

連接構(gòu)件，所述連接構(gòu)件連接至所述框架以將所述框架連接至所述振動裝置。

通過設(shè)置夾持構(gòu)件（優(yōu)選為夾持器形式）實現(xiàn)可以固定地夾持不同尺寸和/或構(gòu)造的地樁。因此，根據(jù)本發(fā)明的裝置可能靈活使用。在此優(yōu)選使用若干優(yōu)選液壓缸體來控制所需的力。

根據(jù)本發(fā)明的裝置特別適于夾持使用時向上指向的地樁外端上設(shè)有凸緣的地樁。這種凸緣有利于將風力渦輪機優(yōu)選地放置在所述凸緣上或所述凸緣處。這種風力渦輪機可以通過這種方法以有效的方式放置。由于根據(jù)本發(fā)明的柔性裝置，這種設(shè)有凸緣的地樁可以在陸地上和在海上以有效且高效的方式放置于地下。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在將地基元件放置于地下期間由設(shè)有連接構(gòu)件的振動塊產(chǎn)生的力可以有效地傳遞至所述地基元件，特別是設(shè)有其上可放置風力渦輪機的凸緣的管狀地樁。

在有利的優(yōu)選實施例中，使用兩個優(yōu)選地基本水平設(shè)置的缸體。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，為每個夾持構(gòu)件設(shè)置至少兩個缸體，會導(dǎo)致裝置的良好操作。所述缸體使夾持構(gòu)件移位，以便由此將夾持構(gòu)件放置在凸緣上，并隨后使夾持構(gòu)件接合在例如地樁的管壁上。所述缸體優(yōu)選基本上水平設(shè)置，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)和操作簡單的根據(jù)本發(fā)明的裝置。

在根據(jù)本發(fā)明的有利的優(yōu)選實施例中，所述夾持構(gòu)件包括夾持機構(gòu)和用于相對于所述地基元件的壁定位所述夾持機構(gòu)的第二定位構(gòu)件。

通過提供夾持機構(gòu)和第二定位構(gòu)件，來獲得靈活性更大的根據(jù)本發(fā)明的裝置。所述夾持機構(gòu)優(yōu)選由單獨的液壓缸體驅(qū)動。

在根據(jù)本發(fā)明的另一有利的優(yōu)選實施例中，所述振動裝置包括輔助框架，所述輔助框架被配置為將其上的振動裝置設(shè)置在使地基元件完全或部分地位于所述輔助框架上的位置處。

在所述地基元件位于非豎直位置的所述輔助框架上時，通過使用通常也稱為上升框架的輔助框架，振動裝置可以設(shè)置在地基元件上或地基元件處。所述輔助框架的使用實現(xiàn)了所述振動裝置在地基元件上的設(shè)置可以以更簡單的方式進行。然后，通過隨后利用上述彈性元件的阻擋/偏壓來旋轉(zhuǎn)所述振動裝置和所述地基元件的組件，將所述組件帶入期望的基本豎直的振動位置，其中在振動裝置（的零件）上不因旋轉(zhuǎn)運動中產(chǎn)生的相對較大的力而發(fā)生不期望的效果。除了安全性較高之外，還使振動裝置實現(xiàn)了相對較長的壽命和其它優(yōu)點，其中可以以最少的維護操作來滿足。

所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)優(yōu)選地構(gòu)造成使得在所述振動裝置設(shè)置在所述地基元件上之后，所述振動裝置和所述地基元件的組件旋轉(zhuǎn)一定角度至基本豎直的振動位置，該角度的范圍為60度至85度，優(yōu)選70度至83度，且最優(yōu)選約80度。

利用在所述范圍內(nèi)，特別是約80度的旋轉(zhuǎn)角度的特定優(yōu)點是，所述振動裝置可以以相對簡單的方式設(shè)置在所述地基元件上。特別地，所述振動裝置可以以自對準或自定位的方式引導(dǎo)至管狀地基元件中。與所述振動裝置在完全水平放置的地基元件上的設(shè)置相比，所要求的運動和施加的相關(guān)的力因此受到限制，其中必須將所述振動裝置例如拉入所述地基元件中。

旋轉(zhuǎn)所述范圍內(nèi)的角度，特別是約80度的另一個優(yōu)點是，由此獲得更有效地平衡的力，特別是在離岸應(yīng)用中更是如此。所述地基元件可以放置在所述輔助框架中，并且由于達到水平面的角度，已經(jīng)可以將下部外端定位在水中或靠近水面。這具有的優(yōu)點是，水向上的力減少了抬升所需的力。這使得定位較簡單，并且另外還減少了部件的相對運動。

本發(fā)明還涉及一種套件，所述套件包括固定機構(gòu)和連接元件，所述固定機構(gòu)被配置成對所述彈性元件施加阻擋或運動限制，所述連接元件用于將所述固定機構(gòu)設(shè)置在所述振動裝置上以提供如上所述的振動裝置。

所述套件提供與對所述振動裝置所描述的相同的優(yōu)點和效果。所述套件可以特別地作為單獨的內(nèi)置或表面安裝單元來應(yīng)用，其可以可選地安裝在振動裝置上。根據(jù)本發(fā)明的套件在此具有另外的優(yōu)點：所述套件還適用于已有的振動裝置，該套件可以與已有的振動裝置一起改進，例如當該振動裝置將用于離岸應(yīng)用時。

本發(fā)明還涉及一種用于將地基元件插入地下的方法，所述方法包括提供如上所述的裝置和/或振動裝置。

所述方法提供與對裝置和/或振動裝置所描述的相同的優(yōu)點和效果。

根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選包括通過所述固定機構(gòu)向所述彈性元件施加阻擋/偏壓。由此實現(xiàn)如上對振動裝置所述的優(yōu)點和效果。

根據(jù)本發(fā)明的方法還包括在施加阻擋/偏壓和夾持所述地基元件之后將振動裝置和地基元件的組件旋轉(zhuǎn)至基本豎直的振動位置。在此所述振動塊優(yōu)選固定且在安裝之前旋轉(zhuǎn)，由此在振動裝置與地基元件定位期間在旋轉(zhuǎn)和抬升中減少不期望的運動。

在離岸放置地基元件的情況下，所述振動裝置非豎直位置在所述地基元件上的這種設(shè)置（隨后旋轉(zhuǎn)組件）是特別有利的。所述振動裝置在地基元件上或在地基元件處的設(shè)置在此可以例如基本上在船上進行，并且優(yōu)選基本上在這種船的甲板上或靠近甲板進行。在當前優(yōu)選的實施例中，在該方法中使用輔助框架，即，上升框架。 因此，所述地基元件可以以受控的方式設(shè)置在地下，比如，海底。

根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選地包括用所述定位構(gòu)件定位所述夾持構(gòu)件并且用所述夾持構(gòu)件，優(yōu)選使用所述夾持機構(gòu)（優(yōu)選由單獨的液壓缸體驅(qū)動），繞或圍繞所述地基元件的邊緣，在優(yōu)選的管狀地基元件的壁上接合。這種邊緣特別地包括凸緣，并且這種地基元件特別地包括設(shè)有這種凸緣的管狀地樁。

附圖說明

結(jié)合附圖，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例的基礎(chǔ)上闡述本發(fā)明的其它優(yōu)點、特征和細節(jié)，其中：

圖1A-D展示了根據(jù)本發(fā)明，常規(guī)振動塊和可選的夾持系統(tǒng)的視圖；

圖2A-D展示了根據(jù)本發(fā)明的具有可選的夾持系統(tǒng)和彈簧系統(tǒng)的振動裝置的視圖；

圖3A-H展示了根據(jù)本發(fā)明的振動裝置的優(yōu)選實施例的視圖；

圖4展示了與可以應(yīng)用在根據(jù)本發(fā)明的振動裝置中的夾持系統(tǒng)相關(guān)的視圖；

圖5A-F展示了圖4的夾持系統(tǒng)的視圖；和

圖6展示了根據(jù)本發(fā)明放置的風力渦輪機的示意圖。

具體實施方式

振動系統(tǒng)2（圖1A）包括所謂的外抑制器4，該外抑制器4通過彈性元件6連接至所謂的內(nèi)抑制器8。該內(nèi)抑制器8安裝在水倉10上。通過使用彈性元件6， 在地基元件12驅(qū)動期間，振動傳遞可以與抬升設(shè)備隔離。內(nèi)抑制器8、水倉10、基部框架14、夾持機構(gòu)18的夾具16和地樁12之間的連接是剛性的。因此，用振動裝置2產(chǎn)生的振動僅被傳送至地樁12中。

具有彈性元件6和內(nèi)抑制器8的常規(guī)彈簧系統(tǒng)20（圖1B）具有柔性懸架。兩相系統(tǒng)22（圖1C）展示了具有彈性元件6的彈簧系統(tǒng)22。彈簧系統(tǒng)22為具有第一相元件24的兩相系統(tǒng)類，其形成相對柔性的連接，該連接將振動隔離，特別是與抬升設(shè)備26隔離。因此，這主要與地樁12在驅(qū)入或振入或插入地下期間相關(guān)。第二相元件28實現(xiàn)更牢固的連接，其在振動過程不激活但在地樁12拉動過程中激活，從而能夠抬升更大的負載。

在上升期間，實際上產(chǎn)生斜面30（圖1D），因為，由于地樁12和振動裝置2的組件的重量較大，施加在振動裝置2（還包括彈性元件6，例如，以橡膠塊的形式）上的力較大。這對彈性元件6產(chǎn)生力矩作用，使得彈性元件6被壓入傾斜位置。斜面30可以變得如此大以致兩個抑制器彼此接觸。這導(dǎo)致結(jié)構(gòu)中不希望的和有時不可接受的應(yīng)力。彈性元件6也會過載，從而甚至可能損壞內(nèi)部連接。這限制了振動塊的壽命，特別是限制了這種傳統(tǒng)裝置的操作可用性。

下面將闡述根據(jù)本發(fā)明的振動裝置，其中減小并且優(yōu)選地甚至可以避開斜面30。

除了包括規(guī)則部件（比如，外抑制器34和水倉36）以及在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例中應(yīng)用的部件（比如，夾持機構(gòu)18的基部框架14和夾具16）之外，根據(jù)本發(fā)明的所示實施例的振動裝置32（圖2A-D）還包括可調(diào)節(jié)的兩相彈簧系統(tǒng)38。彈簧系統(tǒng)38設(shè)有調(diào)節(jié)機構(gòu)/固定機構(gòu)40（圖2B和D）。調(diào)節(jié)機構(gòu)40能夠?qū)崿F(xiàn)外抑制器34和水倉36之間的剛性連接，其中相互距離縮短。在所示的實施例中，重心42另外靠近上升的旋轉(zhuǎn)點，這對振動裝置32和地樁12的組件的裝載位置至振動位置的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生有利的作用。通過激活的剛性連接解除柔性連接，因此防止了其損壞。在振動位置切換調(diào)節(jié)機構(gòu)40并且彈性元件6將提供柔性連接。

在所示的實施例中，調(diào)節(jié)機構(gòu)40呈現(xiàn)為缸體類，其中調(diào)節(jié)機構(gòu)40設(shè)置在振動裝置32的每一側(cè)，因此每個振動裝置32總共設(shè)置兩個調(diào)節(jié)機構(gòu)40。為了在上升期間旋轉(zhuǎn)振動裝置32，使用旋轉(zhuǎn)圓柱體44，所述圓柱體44能夠在振動裝置32和抬升設(shè)備26之間旋轉(zhuǎn)。使用圓柱體44，振動裝置32可以相對于抬升框架28進行旋轉(zhuǎn)運動。這使得與地基元件12組裝的振動裝置32的上升成為可能。缸體44的沖程優(yōu)選限制為這樣的長度：使得即使當缸體44發(fā)生故障時，在振動裝置32和抬升框架28之間也不可能發(fā)生不期望的旋轉(zhuǎn)。

根據(jù)本發(fā)明的振動裝置32（圖3A-H）展示了抬升裝置28，其中外抑制器34和水倉36柔性地連接（圖3A）。沿方向A移動調(diào)節(jié)機構(gòu)40，通過對彈性元件6施加偏壓使柔性連接變成剛性的（圖3B）。然后通過移動（特別是延伸）缸體44相對于抬升裝置28沿方向B執(zhí)行振動裝置32的旋轉(zhuǎn)（圖3C）。在所示的實施例中使用約80度的角度α。由此在將振動裝置32設(shè)置在輔助框架46中或上的地樁12上或中（圖3D）時實現(xiàn)定位或自對準作用，隨后用夾具16夾持。在這里可選地應(yīng)用自定位器，以便進一步優(yōu)化這種效果。這避免了必須施加單獨的拉力以將振動裝置32拉至地樁12。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，該地基元件的上邊緣上設(shè)有凸緣的情況下，可以以特別有效的方式利用這種自定位作用。該作用在其它情況下也可以以有利的方式應(yīng)用于其它地基元件。

然后可以沿方向C上執(zhí)行上升（圖3E）。在到達振動位置（圖3F）之后，切換調(diào)節(jié)機構(gòu)40以便實現(xiàn)與彈性元件6的柔性連接。然后可以用可選的支撐件50將地樁12沿方向D振入地下（圖3G）。一旦達到所需的深度，振動裝置32沿方向E從地樁12移除（圖3H），并隨后部署在例如下一個待插入地下48的地樁12上。

四個振動塊32可選地彼此相鄰地放置在基礎(chǔ)框架14上。據(jù)此將力盡可能地分散。該基礎(chǔ)框架包括梁，該梁用于分散施加在地基元件（特別是地樁12或地基管上）的力。夾持機構(gòu)18為此在所示的實施例中呈現(xiàn)為具有十二個夾持構(gòu)件或夾具16，其另一實施例將在下文闡述。在所示的實施例中，夾具16呈現(xiàn)為使得其能夠以相對簡單的方式接合在設(shè)置于地樁12的上邊緣上的可選凸緣上。這使得結(jié)構(gòu)（比如，風力渦輪機）在地基元件上的后期安裝相當簡單。在所示的實施例中，夾具16通過螺栓連接件連接至基礎(chǔ)框架14。

在所示實施例中，呈現(xiàn)為橡膠塊體類型的彈性體材料的彈性元件6確保在使用期間振動施加在地樁12上并且不會不必要地傳遞至整個振動設(shè)備的其它部分。使用兩個缸體/調(diào)節(jié)機構(gòu)40，可以對這些彈性元件6施加偏壓，從而在定位期間減少彈性元件6的運動。為此缸體40是可伸縮的，其中缸體40例如接合在銷/軸上，然后通過使振動裝置32的第一部分34和第二部分36朝彼此移動來壓縮彈性元件6。顯然，根據(jù)本發(fā)明，不同數(shù)量的缸體40和不同的結(jié)構(gòu)（其中缸體40例如直接接合在彈性元件6上）也是可能的。

現(xiàn)在，將在地基元件用作風力渦輪機的地基的應(yīng)用中進一步闡明在海上應(yīng)用中使用根據(jù)本發(fā)明的振動裝置和方法放置管元件形式的地樁。顯然，根據(jù)本發(fā)明的不同的所示實施例的措施可以彼此互換或以其它方式組合。下面更詳細闡述的夾持系統(tǒng)例如因此可以用作前述實施例中的夾持系統(tǒng)。

系統(tǒng)102（圖4）設(shè)有抬升系統(tǒng)104，一個或多個振動塊106（在所示實施例中為彼此相鄰定位的四個振動塊106）、箱結(jié)構(gòu)108和根據(jù)本發(fā)明的用于夾持地樁112（特別是在地樁上的凸緣114）的裝置110。在所示的實施例中，樁112插入在海上116的地下118中。裝置110設(shè)有連接框架120，以及附加地或可替換地，結(jié)構(gòu)108，該結(jié)構(gòu)108上設(shè)置有不同的夾持元件122。

在所示的實施例中，夾持元件122（圖5A-F）包括固定的外部部件124和可移位的內(nèi)部部件126，其中部件124、126設(shè)置成由兩個缸體128移位。當設(shè)置元件122時， 首先移動部件124、126并放置在凸緣114上。然后，部件124、126通過缸體128朝彼此移位并且通過可移動的夾具129固定在樁112上。在所示的實施例中，使用缸體130移動可移動的夾具129，并且在樁112上實現(xiàn)實際夾持。為了防止可移位的夾持部件126移位，在所示的實施例中提供包括單獨的缸體的固定元件132，其相對于T形導(dǎo)軌134固定夾持部件126。

在所示實施例中還設(shè)有用于避免損壞凸緣114的凸緣保護器136。在夾持元件122上還設(shè)有連接點38，用于將振動系統(tǒng)的其它部件直接或間接地設(shè)置在連接點38上。在所示實施例中設(shè)有連接點140，例如，可圍繞連接點140放置風力渦輪機142和/或可固定可選的夾持系統(tǒng)122。

在所示的實施例中，凸緣14的內(nèi)徑為約4400mm，且外徑為約5500mm。

風力渦輪機（圖6）放置在在海上160的地下180中。渦輪機在此設(shè)置在樁112的凸緣114上。

本發(fā)明決不限于上述優(yōu)選實施例。 所尋求的權(quán)利由下面的權(quán)利要求限定，在其范圍內(nèi)，可以設(shè)想許多修改。