專利名稱：用于水下打樁的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及打樁器，尤其涉及打夯設(shè)備、包含該打夯設(shè)備的系統(tǒng)以及用于將物體打到深水下土壤中的方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
為了將樁、引井器、土壤取樣裝置以及其它物體垂直打壓到海底土壤中，存在大且重的表面加力捶打裝置?，F(xiàn)存的捶打裝置極其大且極其昂貴來進(jìn)行部署，且由于它們的尺寸和復(fù)雜度，現(xiàn)存的捶打裝置趨于限制于相對較淺的海水深度，并限制于驅(qū)打相對較大的物體?，F(xiàn)有技術(shù)還包括在海底中鉆孔和/或噴射孔，然后將物體插到該孔中，但這些技術(shù)需要極大且昂貴的船或平臺，并且為了安裝物體需要相當(dāng)多的時間。此外，在樁、引井器和其它物體須保持在土壤中的情形中，這些物體需要比如果將物體打到海底土壤中所必須的長度更長。這是由于放置在鉆孔或噴射孔中的物體的保持能力或強(qiáng)度降低所引起的，而保持能力或強(qiáng)度降低由于孔壁處的土壤干擾和孔相對于物體尺寸擴(kuò)大而引起。授予Warrington等人的美國專利5662175描述可用在水下的樁錘，該樁錘將水用作液壓流體，以參見的方式引入該專利。液壓動力裝置位于水面，并通過管連接于液壓操作夯。由于通過管將水泵送至較大深度是不切實(shí)際的，因而對于樁錘可使用的深度具有實(shí)際限制。授予Kuehn的美國專利4872514 ；5667341 ；5788418以及5915883大體描述可用在相對深的水中的打樁器，以參見的方式引入這些專利。Kuehn的'883專利描述可潛水液壓驅(qū)打單元，該可潛水液壓驅(qū)打單元能連接于水下打夯設(shè)備或切除工具的驅(qū)打機(jī)構(gòu)。驅(qū)打單元具有由電動機(jī)供電的液壓泵，該液壓泵通過臍帶纜線從水面接收電。驅(qū)打單元具有另一根臍帶纜線，該臍帶纜線插到打夯設(shè)備或切除工具中，而遠(yuǎn)程操作潛水器(ROV)用于觀察并制造該連接。在下降由臍帶纜線所支承設(shè)備的過程中，臍帶纜線易于受損，且Kuehn 的'341專利描述使用ROV的臍帶纜線，以與驅(qū)打單元進(jìn)行信號和數(shù)據(jù)傳輸。由Clive Jones所發(fā)明的國際專利申請?zhí)朠CT/GB2006/001239即國際公開號 W02006109018描述一種用于將樁打到水下海床中的設(shè)備，該設(shè)備包括樁導(dǎo)向件、導(dǎo)向部件、 打樁裝置以及動力源，樁導(dǎo)向件包括基部框架，導(dǎo)向部件安裝在基部框架上并構(gòu)造成對樁進(jìn)行導(dǎo)向，打樁裝置用于將樁打到海床中，而動力源用于供給動力以驅(qū)動打樁裝置。Jones 的申請描述作為遠(yuǎn)程操作潛水器(ROV) —部分的動力源。Jones披露諸如由荷蘭IHC公司的液壓打樁錘(Dutch Company IHC Hydrohammer BV)供應(yīng)的IHC液壓打樁錘之類可作為打樁裝置的液壓錘。根據(jù)IHC說明冊，IHC液壓打樁錘包括構(gòu)造成單件的錘和活塞桿以及用于錘的外殼，這表示該組件設(shè)計(jì)成錘在基本干凈、干燥的氣態(tài)環(huán)境中往復(fù)運(yùn)動，在由極其深的水所施加的壓力下難于保持該環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
在一實(shí)施例中，本發(fā)明提供打夯設(shè)備，該打夯設(shè)備包括錘框架，該錘框架具有上端和下端以及在上端和下端之間延伸的側(cè)壁，該側(cè)壁具有適合于使水通過側(cè)壁的水開口 ； 錘，該錘接納在錘框架中，且錘框架和錘適合于使該錘在錘框架內(nèi)部往復(fù)運(yùn)動，而夯適合于在接觸水的同時進(jìn)行操作。該錘包括重本體、上部錘導(dǎo)向件以及下部錘導(dǎo)向件，重本體具有上表面和下表面，上部錘導(dǎo)向件從重本體的上表面向上延伸，而下部錘導(dǎo)向件從重本體的下表面向下延伸。上部錘導(dǎo)向件、重本體以及下部錘導(dǎo)向件具有共軸孔，且該框架具有用于接納上部錘導(dǎo)向件的上部導(dǎo)向開口和用于接納下部錘導(dǎo)向件的下部導(dǎo)向開口。打夯設(shè)備具有砧座，該砧座位于錘框架的下端中，且砧座適合于接收并傳遞來自錘的沖擊力。液壓框架聯(lián)接于錘框架的上端；液壓缸接納在液壓框架中；活塞接納在液壓缸中；以及活塞桿附連于該活塞。聯(lián)接機(jī)構(gòu)適合于將活塞桿的另一端聯(lián)接于錘，且在錘被提升時，聯(lián)接機(jī)構(gòu)在活塞桿和錘之間提供基本剛性連接，而在錘沖撞所述砧座時，聯(lián)接機(jī)構(gòu)在活塞桿和錘之間提供基本非剛性連接。液壓流體回路適合于為提升錘提供提升力，并適合于釋放錘。較佳的是， 裙部從錘框架的下端伸出，且該裙部適合于與所要打到土壤中的物體接觸，并適合于接收來自錘的沖撞力和將該沖撞力傳遞至所要打到土壤中的物體。在一實(shí)施例中，聯(lián)接機(jī)構(gòu)提供在活塞桿和錘之間的連接，該連接可在基本剛性提升連接、基本剛性下推連接以及基本非剛性沖撞連接之間運(yùn)動，以防止活塞桿彎折。較佳的是，該液壓流體回路包括可調(diào)氣彈簧，該可調(diào)氣彈簧包括其中儲存有氣體的容器，在錘被提升時，該氣體壓縮，而在錘被釋放之后，氣體膨脹，且氣體的膨脹提供向下力，該向下力用于向下推動錘。來自膨脹氣體的向下力較佳地通過活塞桿并通過聯(lián)接機(jī)構(gòu)傳遞至錘，且較佳的是，該聯(lián)接機(jī)構(gòu)和/或液壓流體回路適合于防止活塞桿約在砧座接收來自錘的沖撞力時撞擊錘。在一實(shí)施例中，聯(lián)接機(jī)構(gòu)包括中空管狀桿連接元件，該中空管狀桿連接元件具有下端和上端；錘連接元件，該錘連接元件具有縱向部分和橫向部分，其中橫向部分接納在中空管狀桿連接元件內(nèi)；以及彈簧裝置，該彈簧裝置在中空管狀桿連接元件的上端和錘連接元件的橫向部分之間接納在中空管狀桿連接元件內(nèi)，其中錘連接元件能相對于中空管狀桿連接元件在有限范圍內(nèi)往復(fù)運(yùn)動。當(dāng)提升所述錘時，該錘連接元件的橫向部分壓靠于中空管狀桿連接元件的下端，以在活塞桿和錘之間提供基本剛性連接，而較佳的是，當(dāng)向下推動錘時，錘連接元件的橫向部分運(yùn)動遠(yuǎn)離中空管狀桿連接元件的下端并壓靠于彈簧裝置。較佳的是，就在錘沖撞砧座之前，活塞桿的向下速度減緩。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供將物體打到水下如同中的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括錘或夯，該錘或夯適合于將物體打到水下土壤中；提升機(jī)構(gòu)，該提升機(jī)構(gòu)可操作地聯(lián)接于錘，且該提升機(jī)構(gòu)適合于提升錘；釋放機(jī)構(gòu)，該釋放機(jī)構(gòu)可操作地聯(lián)接于提升機(jī)構(gòu)和/或錘，且該釋放機(jī)構(gòu)適合于在錘被提升之后釋放錘；框架，該框架適合于可操作地接納錘；水面上的結(jié)構(gòu)；升力線，該升力線在水面結(jié)構(gòu)和框架上的提升連接器之間；遠(yuǎn)程操作潛水器(ROV)； ROV臍帶纜線，該ROV臍帶纜線在水面結(jié)構(gòu)和ROV之間延伸，且該ROV臍帶纜線適合于將來自水面結(jié)構(gòu)的電和控制信號提供給ROV ；以及錘臍帶，該錘臍帶適合于在ROV和提升機(jī)構(gòu)之間可操作地延伸，以使ROV能致動提升機(jī)構(gòu)，且ROV具有使ROV運(yùn)動的推進(jìn)系統(tǒng)，該ROV適合于將錘臍帶可操作地連接于提升機(jī)構(gòu)。提升機(jī)構(gòu)較佳地包括液壓缸，該液壓缸具有位于其中的活塞和附連于該活塞的活塞桿，活塞桿附連于錘用以提升錘，且釋放機(jī)構(gòu)還包括推動機(jī)構(gòu)，該推動機(jī)構(gòu)適合于在錘被釋放之后與活塞桿一起向下推動錘。較佳的是，活塞桿對于錘的附連適合于約在錘到達(dá)其最低位置時、防止活塞桿向下推動錘。較佳的是，推動機(jī)構(gòu)適配成就在錘到達(dá)其最低位置之前，活塞桿的向下速度小于錘的向下速度?；钊麠U對于錘的附連較佳地適配成當(dāng)錘被向上提升時，活塞桿和錘之間的連接是基本剛性的，而在錘到達(dá)其最低位置時，活塞桿和錘之間的連接是非剛性的。在一實(shí)施例中，活塞桿較佳地通過桿-錘附連部件附連于錘，該桿-錘附連部件包括管狀元件，該管狀元件具有相對槽，相對槽以垂直縱向軸線定向，且這些槽具有下端和上端；銷，該銷具有水平定向的縱向軸線，且該銷接納在槽內(nèi)，以使銷接觸槽的下端，從而在錘被提升時，在活塞桿和錘元件之間提供基本剛性連接；以及彈簧機(jī)構(gòu)，該彈簧機(jī)構(gòu)在銷上方接納在管狀元件內(nèi)，從而當(dāng)活塞桿向下推動錘時，通過彈簧機(jī)構(gòu)將力傳遞至銷，而銷在活塞桿向下推動錘時、開始在相對槽內(nèi)向上滑動。在一實(shí)施例中，活塞桿通過桿-錘附連部件附連于錘，該桿-錘附連部件包括管狀元件，該管狀元件具有上端和下端以及縱向軸線； T形元件，該T形元件具有縱向部分和橫向部分，其中，縱向部分可滑動地接納在管狀元件內(nèi)，且該縱向部分具有基本與管狀元件的縱向軸線共軸的縱向軸線；以及彈簧裝置，該彈簧裝置在管狀元件的上端和T形元件的橫向部分之間接納在管狀元件中，其中，該彈簧裝置適合于朝管狀元件的下端推動橫向部分。

本發(fā)明還提供用于將物體打到水下土壤中的方法，該方法包括如下步驟將打夯設(shè)備下降到水體中，該打夯設(shè)備包括框架，該框架具有上端和下端；夯，該夯接納在框架中；液壓次框架，該液壓次框架附連于框架；液壓缸，該液壓缸接納在框架中；活塞，該活塞接納在液壓缸中；活塞桿附連于該活塞并聯(lián)接于夯；以及第一液壓回路，該第一液壓回路適合于通過液壓缸、活塞以及活塞桿來提升夯并適合于釋放該夯，藉此釋放夯使該夯能在重力作用下下落，其中，打夯設(shè)備適合于對所要打到水下土壤中的物體施加打夯力；將ROV 下降到水中，該ROV適合于具有第二液壓回路，且該ROV適合于進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，該遠(yuǎn)程控制使ROV能由ROV上的推進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)動到水下，并能將ROV上的第二液壓回路連接于打夯設(shè)備上的第一液壓回路，而ROV和第一液壓回路及第二液壓回路提供通過ROV對打夯設(shè)備進(jìn)行操作的能力；以及使用打夯設(shè)備來將物體打到水下土壤中。本發(fā)明的應(yīng)用包括將樁、銷樁、 引井器以及土壤取樣裝置打到海底土壤中。樁和/或銷樁可用于對泥墊、水下管線以及各種結(jié)構(gòu)的海運(yùn)元件進(jìn)行錨定。


當(dāng)結(jié)合附圖考慮下文闡述的示例實(shí)施例的詳細(xì)描述時，可更容易理解本發(fā)明，附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明將物體打夯到海底土壤中的系統(tǒng)的側(cè)視圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明打夯設(shè)備的前視圖。圖3是沿剖線3-3、圖2所示打夯設(shè)備30的剖視圖，除了活塞缸、活塞桿以及聯(lián)接機(jī)構(gòu)并未以剖視圖示出以外。圖4是根據(jù)本發(fā)明的圖3所示打夯設(shè)備的剖視圖，除了夯處于其升起位置以外。圖5是沿剖線3-3、圖2所示打夯設(shè)備的剖視圖，除了旋轉(zhuǎn)90度以外，且以剖視圖示出在夯被提升時的活塞缸和聯(lián)接機(jī)構(gòu)。圖6是圖5所示打夯設(shè)備的剖視圖，除了在向下推動夯時示出該夯以外。
圖7是聯(lián)接機(jī)構(gòu)的替代實(shí)施例的剖視圖。圖8是根據(jù)本發(fā)明對圖2所示打夯設(shè)備提供動力的液壓系統(tǒng)的示意圖。圖9是根據(jù)本發(fā)明對圖2所示打夯設(shè)備提供動力的液壓系統(tǒng)的替代實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供打夯或捶打設(shè)備和使用該設(shè)備的方法和系統(tǒng)，該打夯或捶打設(shè)備可用在極其深的水中。該設(shè)備可用于打樁、驅(qū)打用作深水中引井器的管，并且可用于將土壤取樣裝置打到海底土壤中?？稍跍\水中和陸地上使用打夯或捶打設(shè)備，然而相信在深水應(yīng)用中， 該設(shè)備尤其有用。轉(zhuǎn)至附圖并參照圖1，示出本發(fā)明打夯或捶打系統(tǒng)10的側(cè)視圖。打夯或捶打設(shè)備 12由升力線14通過卷揚(yáng)機(jī)16a連接于諸如船或駁船之類的供水船16，該卷揚(yáng)機(jī)可用于使打夯設(shè)備12下降和升起。升力線14通過附連于起重機(jī)臂16c的滑輪16b。捶打設(shè)備12在該實(shí)施例中示作將樁18打到海底土壤S中，該海底土壤可以位于水體W的表面WS以下幾千英尺處。樁18示作被部分地打到海底土壤S中，且可從將樁18捶打或驅(qū)打到海底土壤 S中這一過程的開始使用該打夯設(shè)備12，到完成驅(qū)打過程為止。在本實(shí)施例中，由打夯設(shè)備 12所驅(qū)打的物體是樁18，然而可由打夯設(shè)備12驅(qū)打的其它物體包括引井器、土壤取樣器以及其它類型的例如用于錨定泥墊和水下管線之類的錨。捶打設(shè)備12示作由供水船16支承，然而該捶打設(shè)備12可由任何水基或路基結(jié)構(gòu)所支承，例如各種類型的用于水基結(jié)構(gòu)的浮動和錨定油井平臺以及各種類型的用于路基系統(tǒng)的吊桿狀結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，打夯或捶打設(shè)備12示作由稱為ROV的遠(yuǎn)程操作潛水器20液壓地提供動力。R0V20首先接納在提升箱或車庫22中，該提升箱或車庫22用于使R0V20從供水船16安全地下降到水W中。提升箱22和R0V20由ROV臍帶纜線24所支承，該臍帶纜線通過卷揚(yáng)機(jī)16d連接于供水船16。ROV臍帶纜線24通過在供水船16上附連于起重機(jī)臂16f 的滑輪16e。在提升箱22下降到打夯設(shè)備12附近之后，(通常但非必要)由操作者對具有用于在水下運(yùn)動的推進(jìn)系統(tǒng)的R0V20進(jìn)行致動和導(dǎo)向，即通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行人為工作， 而R0V20運(yùn)動至緊鄰捶打設(shè)備12。R0V20通過ROV臍帶纜線24的第二部段24a拴系于提升箱22。ROV臍帶纜線24和24a具有控制線和信號線，用以將來自供水船16的指令和信號傳送至R0V20，并用以將來自R0V20的數(shù)據(jù)和反饋信號接收到供水船16上。此外，ROV臍帶纜線24和24a具有電源線，這些電源線用于驅(qū)動臍帶纜線自身裝載的液壓系統(tǒng)。R0V20 具有操縱臂20a，該操縱臂用于將成對液壓管20b連接于打夯設(shè)備12。授予Takahashi的美國專利4947782描述遠(yuǎn)程操作潛水器，在此以參見的方式引入該專利?？蓮牡每怂_斯州休斯敦的佩里史林斯比系統(tǒng)公司獲得合適的R0V。捶打設(shè)備現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖2，一視圖示出根據(jù)本發(fā)明的打夯設(shè)備或捶打設(shè)備30。圖3是沿剖線 3-3、圖2所示打夯設(shè)備30的剖視圖。捶打設(shè)備30包括錘或夯32，該錘或夯通常是重質(zhì)量的金屬材料，有時稱為錘塊或夯塊32。夯或錘32接納在夯框架34中，該夯框架34具有多個開口，其中一個開口示作開口 34a。夯32具有三個類似于開口 34a的附加開口，它們將共同稱為開口 34a。夯框架34可由具有圓形截面的一部分管制成。錘32在浸于水中時往復(fù)運(yùn)動，這是由于當(dāng)在水下操作打夯設(shè)備30時，開口 3 使水流進(jìn)流出。錘32較佳地設(shè)計(jì)成盡可能通過水液動力地運(yùn)動，并具有圓角3 和32b。夯框架34具有下端34b和上端 34c。樁帽或裙部36例如通過螺栓或臨時焊接可拆除地附連于夯框架34的下端34b。將裙部或樁帽36較佳地制成可拆除，從而能對于待驅(qū)打到海底土壤中的特定物體定制不同的裙部或樁帽。在該實(shí)施例中，引井器38是待驅(qū)打到海底土壤中的物體。共同稱作銷40的四個銷40a、40b、40c和40d(未示出)用于將裙部36可拆除地連接于引井器38。較佳地由ROV來拆除這些銷40。例如，參見授予R)ret，Jr等人的美國專利5540523，該專利描述可由ROV操縱的銷連接，并且以參見的方式引入該專利。樁帽或裙部36具有外部向下延伸部36a和平行于該外部向下延伸部36a的內(nèi)部向下延伸部36b。間隙36c限定在外部向下延伸部36a和內(nèi)部向下延伸部36b之間，而引井器38的頂部接納在該間隙36c中。向下延伸的防護(hù)元件36d附連于樁帽或裙部36的底面，并具有用于使水流進(jìn)流出的開口 36e。該防護(hù)元件36d在其下端閉合，而在其上端打開。圖4也是沿剖線3-3、圖2所示打夯設(shè)備30的剖視圖，但除了夯或錘32處于升起位置以外。參照圖2-4，夯框架34的上端3 終止于凸緣34d。導(dǎo)向板42在夯框架34的上端3 上固定于凸緣34d。液壓框架44與夯框架34軸向?qū)?zhǔn)而固定于導(dǎo)向板42的上表面42a。液壓框架44可由具有圓形截面的一部分管制成，并具有四個相對較大的開口(共同稱為44a)，這些開口繞液壓框架44的周緣大體均勻隔開。這些開口 4 使水能流進(jìn)流出，而在水下操作中，液壓框架44內(nèi)部充有水。液壓框架44具有下端44b和上端44c。下凸緣44d使下端44b連接于導(dǎo)向板42的上表面42a，而上凸緣Me固定于液壓框架44的上端44c。提升帽46具有固定于液壓框架44上凸緣44e的下凸緣46a，且該提升帽46可由具有圓形截面的一部分管制成，但在該實(shí)施例中示作相交成直角的兩個板46b和46c。板 46b具有接納升力線(未示出)的開口 46d。在圖3和圖4中可見，當(dāng)錘或夯32落下時，該錘或夯撞擊襯墊48 (是堅(jiān)固但彈性材料)，而打擊力通過該襯墊48通達(dá)砧座50。雖然，通常將襯墊48考慮為僅僅是砧座50 的部分，然而較佳的是，夯32撞擊襯墊48而不是直接金屬對金屬地撞擊砧座50。力通過襯墊48和砧座50傳遞至裙部或樁帽36，并通過裙部或樁帽36傳遞至引井器38，從而將引井器38驅(qū)打到海底土壤中。錘或夯32具有下部夯導(dǎo)向件32c和上部夯導(dǎo)向件32d，用于使夯32保持軸向?qū)?zhǔn)。下部夯導(dǎo)向件32c接納在防護(hù)元件36d中，并由防護(hù)元件36d防止受損。下部夯導(dǎo)向件32c接納在下部直線軸承52a中，而上部夯導(dǎo)向件32d接納在上部直線軸承52b中。下部直線軸承5 接納在砧座50和襯墊48中，并固定于砧座50和襯墊48。 上部直線軸承52b接納在導(dǎo)向板42中，該導(dǎo)向板具有中心開口和凸緣部分42b，用于接納并固定上部直線軸承52b。聯(lián)接機(jī)構(gòu)或聯(lián)接器M由銷5 連接于下部夯導(dǎo)向件32c，將參照附圖5-7來詳細(xì)描述該聯(lián)接機(jī)構(gòu)或聯(lián)接件M?；钊?6接納活塞桿58，該活塞桿具有下端58a和上端58b，該下端58a例如通過螺紋、銷或焊接連接于聯(lián)接器M?；钊?6接納在活塞缸管60中并由該活塞缸管60所保護(hù)，而活塞缸56以一些諸如螺栓或銷(未示出) 之類的方式固定在活塞缸管60內(nèi)?；钊坠?0具有帶凸緣上端60a、開口下端60b以及多個適度較大開口 60c，這些開口用于使水流進(jìn)流出。帶凸緣上端60a例如通過螺栓或焊接固定于提升帽46的下凸緣46a，而活塞缸管60應(yīng)定位成垂直軸向?qū)?zhǔn)，以適當(dāng)?shù)貙?2 進(jìn)行導(dǎo)向和提升夯32。為了清楚地解釋打夯設(shè)備或捶打設(shè)備30的構(gòu)造，因而并未以剖視圖示出活塞缸56、活塞桿58以及聯(lián)接器54。活塞下側(cè)的加壓液壓流體用于提升活塞桿58并由此提升夯32，這將進(jìn)一步參照附圖8和9進(jìn)行詳細(xì)描述。液壓次框架62在液壓框架44附近通過沖擊和振動隔離器64a、 64b以及64c (共同稱為隔離器64)附連于導(dǎo)向板42。液壓設(shè)備安裝于次框架62，而該次框架62保護(hù)液壓設(shè)備不受損。液壓次框架62包括基板62a，該基板螺栓于或以其它方式連接于三個(或四個或更多)沖擊和振動隔離器64，這些隔離器可以是具有頂板和底板的彈性材料或螺旋彈簧?；?2a示作具有矩形截面的棒料，然而可具有在成角度棒料中發(fā)現(xiàn)的“L”形截面。具有垂直部件62b和水平部件6 2c的管框架固定于水平基板62a。雖然未提供圖2的俯視圖，然而將示出的是，管框架的水平部件62c大體呈“U”形，并靠近但不連接于液壓框架44。液壓次框架62僅僅附連于沖擊和振動隔離器64，從而使得當(dāng)夯32撞擊襯墊48和砧座50使所產(chǎn)生的、對于液壓部件的沖擊和振動最小。ROV操縱臂抓持桿62d 和62e為打夯設(shè)備或捶打設(shè)備30提供在液壓次框架62上的一結(jié)構(gòu)，而ROV能使其自身錨定于該結(jié)構(gòu)。防護(hù)板62f提供可安裝有液壓部件的表面，并且保護(hù)這些液壓部件不受損。聯(lián)接機(jī)構(gòu)如圖3和4所示，活塞桿58例如通過螺紋或焊接在其下端58a處連接于聯(lián)接器 54。聯(lián)接器54通過銷54a連接于下部夯導(dǎo)向件32c。聯(lián)接器54包括中空圓柱形本體54b， 且實(shí)心桿54c可滑動得接納在該中空圓柱形本體54b內(nèi)部。銷54a將實(shí)心桿54c固定于下部夯導(dǎo)向件32c。中空圓柱形本體54b具有成對相對槽54d，且銷54e將實(shí)心桿54c可滑動地連接于中空圓柱形本體54b。當(dāng)活塞桿58在液壓力作用下向上升起時，中空圓柱形本體 54b向上升起，且銷54e剛性地抵靠于槽54d的最下緣，致使實(shí)心桿54c通過銷54a提升下部夯導(dǎo)向件32c和夯或錘32。在夯32到達(dá)其最上點(diǎn)之后，停止液壓提升力，且液壓系統(tǒng)適合于讓夯32在重力作用下落下，且液壓系統(tǒng)適合于通過活塞桿58給予夯32以向下推力。 如果活塞桿58剛性地推在夯32上，以將夯推到夯32下落的最低點(diǎn)，則活塞桿58將可能彎折，且活塞56的更敏感部件將感受到錘-砧座撞擊的整個沖擊。在授予Hazak等人的美國專利2798363中認(rèn)識到該問題，并披露一解決方案，以參見的方式引入該專利。為了防止活塞桿58彎折，如圖5和6所示，當(dāng)活塞桿58向下推在中空圓柱形本體54b上時，向下力通過彈簧裝置54f傳遞至實(shí)心桿54c。當(dāng)實(shí)心桿54c向下推動時，銷54e朝槽54d的最上點(diǎn)滑動，這在活塞桿58和錘或夯32之間提供非剛性連接。然而，在向下推動錘或夯32的過程中，銷54e可抵靠于槽54d的最上緣，從而為初始向下推動提供基本剛性連接。彈簧裝置包含在中空圓柱形本體54b內(nèi)部，并適合于向下推動桿54c。將銷54e推動到馬上發(fā)生沖撞之前的中間位置。中空圓柱形本體54b具有用于使水流進(jìn)流出的開口 54g。轉(zhuǎn)到圖5和6，以剖視圖示出圖3、4所示的轉(zhuǎn)過90度的聯(lián)接機(jī)構(gòu)54。圖5和6還以剖視圖示出活塞缸56?；钊?6a接納在活塞缸56中，并通過活塞環(huán)56b密封抵靠于活塞缸56的內(nèi)壁。圖5示出液壓流體流入管56c并在活塞56a下方流入活塞缸56中，這向上提升夯32。通過密封件56d防止液壓流體圍繞活塞桿58泄漏。如圖5和6所示，彈簧裝置 54f可以是彈性材料、螺旋彈簧或任何諸如杯狀貝氏墊圈之類的適合裝置，且當(dāng)如圖5所示使夯32升起且銷54e抵靠于限定相對槽54d最下部分的底緣時，該彈簧裝置54f松弛。在圖6中，已向下推動活塞桿58，且夯32就在打擊襯墊48和砧座50之前幾乎位于其下降行程上的最下位置處。銷54e已運(yùn)動至其最上位置，承載抵靠于相對槽54d的上緣，而彈簧裝置54f基本完全壓縮。在夯塊32撞擊襯墊48之前，銷5 將較佳地運(yùn)動遠(yuǎn)離相對槽54d 的上緣(如圖3所示)，這將在下文進(jìn)行解釋，因此在活塞桿58和夯塊32之間提供基本非剛性連接。圖7是聯(lián)接機(jī)構(gòu)或聯(lián)接器的替代實(shí)施例的剖視圖，該聯(lián)接機(jī)構(gòu)或聯(lián)接器具有上部中空圓柱形本體UB和下部中空圓柱形本體LB，上部中空圓柱形本體螺旋連接于活塞桿58的下端58a，而下部中空圓柱形本體螺旋連接于上部本體UB的下端。桿R具有可滑動地接納在下部本體LB中的頭部H，而銷P將桿R固定于下部夯導(dǎo)向件32c。螺旋彈簧CS推靠于頭部H，向下推動R且由此推動夯32。當(dāng)活塞桿58升起時，頭部H抵靠于下部本體LB的底部內(nèi)表面，而通過銷P與下部夯導(dǎo)向件32c的連接提升夯塊32。當(dāng)初步向上推動活塞桿58時，頭部H相對于下部本體LB運(yùn)動，以抵靠于由上部本體UB的下端所提供的上部內(nèi)表面。就在夯塊32向下行進(jìn)結(jié)束之前，螺旋彈簧CS向下推動頭部H，使頭部H遠(yuǎn)離上部本體UB的下端。因此，在夯塊32撞擊帶襯墊的砧座50時，頭部H處于在其最上行程和最下行程之間的中間位置，因此提供基本非剛性連接。上部本體UB和下部本體LB具有用于使水流進(jìn)流出的開口 0。聯(lián)接器以類似于聯(lián)接器M的操作進(jìn)行操作。聯(lián)接機(jī)構(gòu)M和可稱為提供在活塞桿58和夯塊32之間的連接，該連接可在基本剛性提升連接、基本剛性下推連接以及基本非剛性沖撞連接之間運(yùn)動，以防止活塞桿彎折，并減少傳遞至活塞缸56的沖擊。液壓回路轉(zhuǎn)到圖8，根據(jù)本發(fā)明示意地示出液壓回路70和用于對圖2所示打夯設(shè)備或捶打設(shè)備30供給動力的一實(shí)施例。參照圖2和8，R0V72具有帶有操縱器72b的操縱臂72a。 R0V72具有其自身的液壓系統(tǒng)，該液壓系統(tǒng)通過流出管72c提供加壓液壓流體，并接收來自流入管72d的液壓流體。R0V72通過未示出的裝置(通過水面上的操作者遠(yuǎn)程控制)將自身附連于抓持桿62d和6 (圖2)，并使用操縱器72b，以將流出管72c連接于防護(hù)板62f上的進(jìn)口連接器62g，并將流入管72d連接于防護(hù)板62f上的出口連接器62h。然后，操縱器 72b用于打開安裝于防護(hù)板62f的閥62i和62 j。在管72c和72d連接且閥62i和62 j打開的條件下，加壓液壓流體通過流出管72c從R0V72流出、通過閥62i流入液壓電動機(jī)74， 通過閥62j流出并通過流入管72d返回至R0V72。來自R0V72的液壓流體使液壓電動機(jī)74 轉(zhuǎn)動，該液壓電動機(jī)如線7 所示驅(qū)動液壓泵76。液壓電動機(jī)74和液壓泵76安裝于液壓次框架62，但在圖2-4中并未示出。電動機(jī)74和泵76通過液壓回路70驅(qū)動夯側(cè)液壓流體，該液壓回路安裝于液壓次框架62。夯側(cè)液壓流體從泵76泵出而通過止回閥76a，并通過線76b流至方向控制閥78。 在夯塊32提升過程中，流體流動通過方向控制閥78、通過線78b (和圖5和6中的管56c) 進(jìn)入活塞缸56的下端56e。加壓流體對液壓缸56內(nèi)在活塞56a下方的容積進(jìn)行充填并使活塞56a升起，該活塞56a通過活塞桿58提升夯塊32。當(dāng)活塞56a上升時，液態(tài)液壓流體通過活塞缸56的上端56f中的開口從活塞缸56內(nèi)在活塞56a上方的容積中流出，并通過線 80a進(jìn)入積存器80。氣態(tài)流體捕獲在積存器80內(nèi)(稱為可調(diào)氣彈簧80)，當(dāng)液態(tài)液壓流體流入可調(diào)氣彈簧80中時，對氣態(tài)流體進(jìn)行加壓，從而在氣態(tài)流體中儲存能量。在到達(dá)行程頂部之后，在可調(diào)氣彈簧80中的氣態(tài)流體中所儲存能量用于向下驅(qū)動夯塊32?？烧{(diào)整頭端壓力感測閥82通過連接于線80a的線8 來感測氣彈簧80中的壓力。當(dāng)可調(diào)整頭端壓力感測閥82中到達(dá)預(yù)定壓力時，壓力感測閥82變換，這致使高壓液壓流體通過線82b從壓力感測閥82流至方向控制閥78。當(dāng)壓力感測閥82變換脫離圖8所示的位置時，通過線82c 從泵76的排出側(cè)獲得高壓液壓流體，該線82c通過壓力感測閥82連接于線82b。在打夯操作中，可通過R0V72從水面對預(yù)設(shè)壓力的設(shè)定進(jìn)行改變，該預(yù)設(shè)壓力 致使壓力感測閥82 變換。預(yù)設(shè)壓力對錘32的上升高度進(jìn)行控制，因此改變預(yù)設(shè)壓力的設(shè)定，會改變錘32撞擊襯墊48和砧座50的沖撞能量。能減少錘32撞擊的最大沖撞能量在打樁過程中是重要的， 這是因?yàn)樵试S在打樁初期將較低的沖撞能量輸送至樁，以能夠在該敏感階段更慢地進(jìn)行打樁。在將樁或其它物體打到土壤中變得充分穩(wěn)定之后，可改變預(yù)設(shè)壓力以更高地升起錘32， 而這將更有力地進(jìn)行打樁38。當(dāng)高壓液壓流體通過線82b從壓力感測閥82流至方向控制閥78時，方向控制閥 78變換脫離圖8所示的位置，這使得活塞缸56中在活塞56a下方的液壓流體能通過線84a 快速地排入低壓囊袋84中。當(dāng)活塞56a下方流體排至低壓囊袋84時，液壓流體停止通過線76b從泵76流到方向控制閥78中，來自泵76的流體而是通過線76c、通過安全閥86以及線86a引導(dǎo)至低壓囊袋84。當(dāng)線76c中的壓力增大時，通過線86b在安全閥86中感測壓力，且當(dāng)線86b中的壓力足夠高以克服由彈簧86c所提供的偏置力時，安全閥86變換脫離圖8所示位置，使液壓流體能通過線76c和86a流至低壓囊袋84。在可調(diào)氣彈簧80中的氣體中所儲存的能量迫使線80a中的液壓流體的流動方向反向，而可調(diào)氣彈簧80中的流體通過線80a在活塞56a上方流入活塞缸56，這在活塞56a上提供向下推力，然后該推力通過活塞桿58并通過聯(lián)接器54到達(dá)夯塊32 (圖5和6)。因此， 夯塊32上的向下力是如下兩個力的合力重力引起的力，和在提升過程中可調(diào)氣彈簧中的氣體中所儲存的能量釋放所產(chǎn)生的力。當(dāng)在下降行程中從可調(diào)氣彈簧80中釋放所儲存能量時，強(qiáng)迫地向下推動活塞56a。為了當(dāng)夯塊32猛擊襯墊48和砧座50時，防止活塞56a猛擊活塞缸56的底部，并防止活塞桿58彎折，活塞56a適配有截頭錐形向下突部56f，該突部由截頭錐形凹槽56g匹配地接納。活塞56a和活塞缸56可具有其它形狀來實(shí)現(xiàn)相同目的。 接納管56c (接納線78b)的端口 56h (圖5、6和8)在截頭錐形凹槽56g的下端處、位于活塞缸56的側(cè)壁中。截頭錐形向下突部56f、截頭錐形凹槽56g以及端口 56h應(yīng)設(shè)計(jì)成在下降行程接近結(jié)束時，使活塞56a和活塞桿58減速，從而當(dāng)向下突部56f接近活塞缸56的最下端時，向下突部56f開始對從活塞缸56下端56e流出的液壓流體的流動進(jìn)行限制。當(dāng)液壓流體從下端56e流出的流動被限制時，活塞56a的向下速度必定變緩，這防止活塞56a猛擊活塞缸56的下端56e。參照圖6，當(dāng)活塞56a在其下降行程接近結(jié)束而變緩時，彈簧裝置 54f膨脹，這使銷54e在相對槽54d中運(yùn)動至中位置(如圖3所示)，從而當(dāng)夯塊32撞擊襯墊48和砧座50時，銷54e較佳地并不壓靠于槽54d的上緣。對于上升行程來說，活塞56a 具有類似地接納在活塞缸56上端的凹槽中的向上突部，且端口類似地定位成在上升行程接近結(jié)束時對流動進(jìn)行限制，以防止活塞56a在上升行程結(jié)束時猛擊活塞缸56的上端。圖8示出用于檢測和限制活塞桿58最下位置的最下位置感測閥88和凸輪隨動件 88a,而活塞桿58的上端58b在活塞桿58的最上端處具有凸輪58c。在活塞桿58已減速且向下突部56f已基本到達(dá)其匹配凹槽56g的底部時，活塞桿58的上端上的凸輪58c使凸輪隨動件88a運(yùn)動(圖6)，這使最下位置感測閥88的位置進(jìn)行變換，致使來自泵76的高壓液壓流體通過線88b流入線88c、并流至方向控制閥78，使方向控制閥78變換回到圖8所示位置，從而使泵76能再次通過方向控制閥78和線78b泵送流體，用于另一次提升行程。當(dāng)凸輪58c由于液壓流體進(jìn)入活塞缸56下端56e的流動而提升時，彈簧88d使最下位置感測閥88的位置變換回到圖8所示位置。在最下位置感測閥變換回到圖8所示位置的條件下， 來自低壓囊袋84的低壓信號通過線88e和88c發(fā)送到方向控制閥78上，并使來自低壓囊袋84的低壓信號通過線88e能通過最下位置感測閥88進(jìn)入線88c，以將低壓信號從線88c 提供給方向控制閥78。在下降行程中，從可調(diào)氣彈簧80中釋放壓力，并通過線8 在可調(diào)整頭端壓力感測閥82中檢測下降壓力，從而使彈簧82d能將壓力感測閥82變換回到圖8所示位置，并使來自低壓囊袋84的低壓信號能通過壓力感測閥82到達(dá)線82b，且通過線8 和線82f到達(dá)方向控制閥78。線82g保持壓力感測閥82上的低壓信號。低壓囊袋84具有連接于線82e 和88e的線84b，以將供給自低壓囊袋84的低壓輸送至方向控制閥78的各側(cè)，從而除了由于通過線82b或線88c輸送的瞬時高壓信號引起變換時以外，方向控制閥78并不運(yùn)動。上文描述上升行程，且當(dāng)建立在線82a中的壓力到達(dá)預(yù)設(shè)值時，可調(diào)整頭端壓力感測閥82變換脫離圖8所示位置，這通過線82c和82b將高壓信號從泵76放在方向控制閥78的上端， 從而致使方向控制閥78的位置變換脫離圖8所示位置，并使活塞56a下方的液壓流體能流至低壓囊袋84?？赏ㄟ^旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺釘來改變和設(shè)定用于使可調(diào)整頭端壓力感測閥82的位置變換的壓力設(shè)定值，該調(diào)整螺釘改變和設(shè)定由彈簧82d所施加的力。機(jī)械連桿(未示出)設(shè)在彈簧82d的調(diào)整螺釘和位于防護(hù)板62f上的T形手柄操作器6 之間，以使R0V72及其操縱器72b能用于改變和設(shè)定用于使可調(diào)整頭端壓力感測閥82的位置變換的壓力設(shè)定值。改變壓力設(shè)定值對夯塊32的提升高度進(jìn)行改變，且由此對夯32降落之后的沖撞力進(jìn)行改變。 例如為了以輕打開始而以重?fù)艚Y(jié)束，這允許在驅(qū)打物體過程(例如，打樁過程)中改變沖撞力?？赏ㄟ^閥8 將液壓流體充注至低壓囊袋84和活塞缸56的下端56e，及從低壓囊袋84和活塞缸56的下端56e中排出液壓流體。可通過閥80b將液壓流體充注至可調(diào)氣彈簧80和活塞缸56的上端，及從可調(diào)氣彈簧和活塞缸56的上端中排出液壓流體。可調(diào)氣彈簧80在內(nèi)部具有囊袋隔膜80c，且氣體可通過閥80d在囊袋隔膜80c上方充注至可調(diào)氣彈簧80的上端。可調(diào)氣彈簧80內(nèi)部的壓力較佳地高于可調(diào)氣彈簧80外部的預(yù)期水壓，而該預(yù)期水壓將取決于打夯設(shè)備30的操作深度。低壓囊袋84具有囊袋隔膜84d，且設(shè)有充料閥 84e，該充料閥用于在囊袋隔膜84d上方將流體充注到低壓囊袋84中。充料閥8 可用于在囊袋隔膜84d上方將水充注到低壓囊袋84中，然后當(dāng)將低壓囊袋84下降到深水中時，使充料閥8 打開以進(jìn)行壓力補(bǔ)償。人工旁通線84f和閥84g(通常關(guān)閉)可用于通過將液壓流體通過線84f排到低壓囊袋84中、來釋放活塞缸56的下端56e中的壓力。在部署打夯設(shè)備之前應(yīng)對液壓回路進(jìn)行各種調(diào)整，以對用于在特定深度的水中進(jìn)行操作的打夯設(shè)備并對錘塊的初始提升高度進(jìn)行設(shè)定和調(diào)節(jié)。具體地說，應(yīng)在部署之前對可調(diào)氣彈簧80、低壓囊袋84、壓力感測閥82以及彈簧82d的調(diào)整螺釘進(jìn)行檢查。替代液壓回路圖9示出替代液壓回路90，該液壓回路包括多個與圖8相同的部件(賦予與圖8 相同的元件標(biāo)記)和多個不同部件(賦予新的元件標(biāo)記)。在圖9中，R0V72連接于電動機(jī)74 (參照圖8所描述)，該電動機(jī)74如圖所示由線74a連接于壓力補(bǔ)償可變排量泵92，該可變排量泵92替代圖8所示的泵76和安全閥86。來自泵92的液流根據(jù)在其排出側(cè)上的背壓自動自我調(diào)節(jié)，而這取決于液壓流體是否流動通過止回閥92a、線92b并通過方向控制閥78(參照圖8所描述)。在圖9所示實(shí)施例中，液壓流體從泵92的排出側(cè)通過方向控制閥78、通過線94a泵送至下端減速閥94，繼續(xù)通過線94b通至活塞缸56的下端56e。由于使用不同的方法來防止活塞猛擊活塞缸56的下側(cè)端部和上側(cè)端部，因而在該實(shí)施例中使用不同活塞56h。當(dāng)流體在活塞56h下方泵送到活塞缸56中時，活塞56h升起，由此提升夯塊32，而液壓流體從活塞56h上方 從活塞缸56排出。從活塞缸56排出的液壓流體通過線 96a流至上端減速閥96，且通過線96b繼續(xù)流至可調(diào)氣彈簧80。上部活塞桿56i接納在活塞缸56中，并附連于活塞56h的上側(cè)。上部活塞桿56i 裝配有上部凸輪56j。上端減速閥96具有由上部凸輪56j運(yùn)動的凸輪隨動件96c，當(dāng)活塞 56h接近其上升行程的終點(diǎn)時，上部凸輪56 j使凸輪隨動件96c運(yùn)動，從而使上端減速閥96 變換脫離圖9所示位置，以使從活塞缸56的上端排出的液壓流體在流至可調(diào)氣彈簧80之前、通過上端減速閥96中的孔，這減緩活塞56h的線性速度，并防止活塞56h猛烈地猛擊活塞缸56的上端。最上位置感測閥98檢測并控制或限制上部活塞桿56i的最上行程范圍。 最上位置感測閥98具有凸輪隨動件98a，該凸輪隨動件定位成略高于上端減速閥96上的凸輪隨動件96c。當(dāng)上部凸輪56j上升到剛與凸輪隨動件96c配合之后時，上部凸輪56j使凸輪隨動件98a運(yùn)動，致使最上位置感測閥98變換脫離圖9所示位置，這使高壓液壓流體能從泵92流動通過線98b和線98c、通過最上位置感測閥98并通過線98d流至方向控制閥78。當(dāng)凸輪隨動件98a運(yùn)動脫離圖9所示位置時，高壓液壓流體流動通過線98b和98d， 這使方向控制閥78變換脫離圖9所示位置，隨著液壓流體從活塞56h下方快速地流出活塞缸56、通過下端減速閥94、通過線94a和94b、通過方向控制閥78并通過線84a流至低壓囊袋84，而啟動下降行程。當(dāng)液壓流體從活塞56h下方排出時，上部活塞桿56i向下運(yùn)動，而彈簧96d使上端減速閥96返回至圖9所示位置，這允許當(dāng)捕獲在可調(diào)氣彈簧80中的氣體膨脹(在上升行程中氣體壓縮)并迫使液壓流體通過線96b和96a流出可調(diào)氣彈簧80時、 有向下力作用在活塞56h的上側(cè)上。在上升行程中于可調(diào)氣彈簧80中壓縮的氣體膨脹為下降行程提供向下推力，以使夯塊32在該推力和重力作用下向下加速。在活塞56h的下降行程中，彈簧98e使最上位置感測閥98返回至圖9所示位置，這使來自低壓囊袋84的低壓供給信號能通過線84b、88e以及線98f、通過最上位置感測閥98、通過線98d通至方向控制閥78。這使方向控制閥78在上升行程的頂部處準(zhǔn)備好變換脫離圖9所示位置，而當(dāng)來自線 98b的高壓供給信號將流動通過線98d時，使方向控制閥78變換脫離圖9所示位置下部活塞桿56k接納在活塞缸56中、附連于活塞56h下側(cè)，并通過密封開口從活塞缸56底部伸出。當(dāng)活塞56h接近其行程底部時，裝配于下部活塞桿56k的下部凸輪56m 與下端減速閥94中的凸輪隨動件94c接觸，這使下端減速閥94變換脫離圖9所示位置，以使液壓流體通過下端減速閥94中的孔從活塞缸56的下端流出，致使活塞56h減緩或減速， 從而活塞56h不會猛烈地猛擊活塞缸56的下端。就在通過使下部凸輪56m與凸輪隨動件 94c配合而使活塞56h的下降行程減緩之后，在凸輪隨動件88a由上部凸輪56j運(yùn)動時，最下位置感測閥88變換脫離圖9所示位置。當(dāng)最下位置感測閥88變換脫離圖9所示位置時，高壓供給信號流動通過線98b、通過線88f、通過最下位置感測閥88并通過線88g流至方向控制閥78，這使方向控制閥78變換回圖9所示位置，并再次開始上升行程。當(dāng)高壓液壓流體從泵92流動通過線9 和94b流入活塞缸56的下部、并使活塞5 和上部凸輪56 j 升起時，彈簧88d使最下位置感測閥88返回至圖9所示位置，使低壓供給信號能從低壓囊袋84通過線84b、88e和88g流至方向控制閥78，以使方向控制閥78在再次到達(dá)上升行程頂部時、準(zhǔn)備好變換脫離圖9所示位置，并使高壓信號能從線98b流動通過最上位置感測閥 98、并通過線98d流至方向控制閥78。上端減速閥96和最上位置感測閥98較佳地安裝在共用板上，該板能通過R0V72 上的操縱器72b運(yùn)動接近和遠(yuǎn)離活塞缸56的頂端?？稍O(shè)有齒輪和/或螺桿機(jī)構(gòu)以及適合的連桿和連接器，它們可由R0V72所操作，以對上升行程的高度進(jìn)行調(diào)整，從而對錘塊32已作用在襯墊48和砧座50以及由此作用在引井器38上的沖撞力進(jìn)行調(diào)整。為了方便起見， 下端減速閥94可位于最下位置感測閥88附近。在仍實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目標(biāo)的同時，可使用其他液壓回路來提升和下降(較佳地向下推動)夯塊32，并可對所述實(shí)施例進(jìn)行改變?？蓮闹T如美國明尼蘇達(dá)州伊登普雷里的伊頓液壓公司和美國佛羅里達(dá)州薩拉索塔的橡達(dá)液壓公司之類的公司購買液壓部件。捶打系統(tǒng)的操作本發(fā)明打夯設(shè)備的一個應(yīng)用是例如位于油氣工業(yè)而將樁打到非常深的水中的海底土壤中。參照圖1和2，在該應(yīng)用中，可將樁裝載在船16上，并輸送至海床上作業(yè)場所上方的水面。樁18可具有任何形狀的截面，但通常是圓形截面。為了此種特定打樁應(yīng)用而將樁帽(由于裝配在樁的頂部而如此命名)或裙部36 (由于裝配在打夯設(shè)備30的底部上而如此命名)選定為合適形狀和尺寸。所選裙部36固定于夯框架34的底端34b。在船16的甲板上，作為打夯設(shè)備30 —部分的裙部36附連于樁18的端部。升力線14連接提升帽46 中的開口 46d，而起重機(jī)16c用于將打夯設(shè)備30和樁18從船的甲板提出，并用于使樁18經(jīng)過水下降至希望將樁18打到海底土壤S中的位置。R0V20儲存在船16的甲板上的提升箱 22中，而起重機(jī)16f用于將提升箱22和R0V20從船16提出，并用于使提升箱22和R0V20 經(jīng)過水下降。在ROV經(jīng)過水下降之后，可由船16上的操作者來使用R0V20，以通過相機(jī)視覺觀察樁18的底端，且R0V20可用于略微移動樁18的底端，以使樁18處于待驅(qū)打的希望位點(diǎn)?？墒褂寐曇艉突芈暭夹g(shù)，以使船16適當(dāng)?shù)囟ㄎ辉诖?qū)打樁18的位點(diǎn)上方。在樁18的底端位于海床上的希望位點(diǎn)處的條件下，并參照圖1、2和8，R0V72上的操縱器72b (圖8)用于將液壓管72c和72d連接于打夯設(shè)備30上液壓次框架62上的連接器62g和62h(圖2、。較佳地在打夯設(shè)備30位于船16的甲板上時、通過對可調(diào)整頭端壓力感測閥82 (圖8)上的彈簧82d的設(shè)定進(jìn)行調(diào)整或者通過對最上位置感測閥(圖9)的位置進(jìn)行調(diào)整來設(shè)定夯塊32的提升行程的初始高度。打樁操作較佳地以來自夯塊32的相對輕拍而開始，這是由于并未將夯塊32提升地盡可能高，而是將夯塊32提升至夯框架34內(nèi) (圖幻的一定中間高度。通過利用錘首先輕輕擊打釘子頭部、然后重?fù)翎斪宇^部來將釘子打到木材中，并以類似的方式將樁18打到海底土壤S中。在為了使樁18穩(wěn)定而已足夠遠(yuǎn)地打入樁18之后，或者在不執(zhí)行任何進(jìn)程之后，對可調(diào)整頭端壓力感測閥82 (圖8)上彈簧 82d的設(shè)定或最上位置感測閥98(圖9)的位置進(jìn)行改變，以提高夯塊32的上升高度，用以利用更大的驅(qū)打力來更重的打擊樁18的頂部。由于液壓次框架62上的T形手柄操作器 62k(圖2~)能機(jī)械鏈接于圖8所示壓力感測閥82或圖9所示位置感測閥98，因而該T形手柄操作器62k示出可如何使用ROV來對夯32可上升的高度進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)然存在執(zhí)行本發(fā)明的其它裝置。 在為了更重打擊地進(jìn)行捶打而再次調(diào)整打夯設(shè)備30的條件下，持續(xù)打樁過程直至將樁18打到希望深度為止。參照圖8和9的上述描述為夯32的往復(fù)運(yùn)動提供詳細(xì)描述， 但更簡單說來，通過在活塞缸56中的活塞下方將液壓流體泵送到活塞缸56中來提升夯塊 32，以將夯塊32提升至所希望的高度。圖8和9的上述內(nèi)容對液壓回路的兩個實(shí)施例進(jìn)行描述，這兩個實(shí)施例用于提升夯塊和隨同向下推力一起使夯塊下落。在圖8中監(jiān)測活塞缸 56上部中的壓力，且該壓力用于代表夯塊32的最大提升高度，而在圖9中活塞桿56i上的上部凸輪56j的位置用于代表夯塊32的最大提升高度。在所希望的提升高度處(提升行程的頂部)，方向控制閥78(圖8和圖9)變換，以使液壓流體從活塞缸56中的活塞下方快速排出，并進(jìn)入低壓囊袋84中。液壓流體從活塞下方快速釋放，這使夯塊32能在重力作用下通過周圍的水而下落，撞擊襯墊48和砧座50，以通過裙部36對于待打入土壤中的物體頂部施加驅(qū)打力。然而，由于當(dāng)提升夯塊32時，來自活塞缸56中活塞上方的液壓流體排入可調(diào)氣彈簧80中，因而對夯塊32施加附加力?？烧{(diào)氣彈簧80由囊袋隔膜80c (圖8和9)分隔成下部隔室和上部隔室，下部隔室接納所排出液壓流體，而上部隔室容納諸如氮的氣體。當(dāng)液壓流體從活塞缸56中的活塞上方排入可調(diào)氣彈簧80中的下部隔室中時，在提升行程中對氣體進(jìn)行壓縮。氣彈簧80稱作可調(diào)，這是由于對于不同水深來說，可對空氣預(yù)充壓力進(jìn)行調(diào)整，并且氣彈簧還稱作給予更大或更小的起始和最大壓力(力)?？蓪粔K32的最大高度進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)囊袋隔膜80c運(yùn)動并減小氣彈簧80中上部隔室的容積時，這改變氣體在氣彈簧80上部隔室中壓縮的壓力，并且當(dāng)氣體在上升行程中壓縮時，這改變可儲存在氣體中的能量。在操作過程中，在下降行程中，就在方向控制閥78變換且液壓流體開始從活塞下方排入低壓囊袋84之后，液壓流體從可調(diào)氣彈簧80在活塞缸56的活塞上方流入活塞缸56， 而所壓縮的氣體膨脹抵靠囊袋隔膜80c、保持活塞缸56中活塞上方的液壓流體上的壓力， 這在活塞上提供向下推力，由此在活塞桿上提供向下推力，并通過聯(lián)接器54(圖5和6)或聯(lián)接器54'(圖7)在夯塊32上提供向下推力。因此，夯塊32在襯墊48和砧座50上的沖撞力(傳遞至用于將樁18打到土壤中的樁18的頂部)是以下力的合力夯塊32經(jīng)過水自由下落時由重力產(chǎn)生的力，及由可調(diào)氣彈簧80中膨脹氣體所提供的向下推力。當(dāng)夯塊32在下降行程結(jié)束時猛擊襯墊48時，存在大量的沖擊和振動，并且會使夯塊32小程度地反彈?；钊麠U58 (圖3)比起夯塊32相當(dāng)細(xì)，且當(dāng)夯32沖撞襯墊48時，如果活塞桿剛性連接于夯塊32，則該活塞桿會彎折。上文已描述非剛性聯(lián)接機(jī)構(gòu)的兩個實(shí)施例，即圖3-6中的聯(lián)接器54和圖7中的聯(lián)接器54'。本發(fā)明需要如下聯(lián)接機(jī)構(gòu)該聯(lián)接機(jī)構(gòu)使活塞桿能在上升行程提升夯塊32，并能在下降行程中推動夯塊32，但在下降行程的底部處發(fā)生沖撞時、使該活塞桿不剛性連接于夯塊32。在參照圖3-7的上述實(shí)施例中，夯塊 32具有下部夯導(dǎo)向件32c和上部夯導(dǎo)向件32d，這兩個導(dǎo)向件分別從夯塊32本體向下和向上延伸，用于對夯塊32進(jìn)行導(dǎo)向，并使夯塊32保持與活塞缸56和活塞桿58垂直、軸向?qū)?zhǔn)。參照圖5，活塞桿58連接于聯(lián)接器54的上端，而聯(lián)接器54的下端銷連接于下部夯導(dǎo)向件32c。聯(lián)接器54的上端包括中空圓柱形本體54b，而活塞桿58連接于該中空圓柱形本體 54b。聯(lián)接器54的下端包括桿54c，該桿54c可滑動地接納在上部本體54b中，而銷54a將桿討。固定于下部夯導(dǎo)向件32c。上部本體54b具有成對垂直、軸向細(xì)長槽Md，且通過使銷5 與限定相對槽Md的壁配合，銷5 將桿5 的上端可滑動地連接于本體Ma的下端。繼續(xù)參照圖5，在上升行程中，銷5 抵靠于限定相對槽Md的壁底部，為活塞桿 58提供基本剛性連接來提升夯塊32。在下降行程開始時，可調(diào)氣彈簧(圖8和9)中的所壓縮氣體比起使夯塊32自由下落更快地向下推動活塞桿58，且聯(lián)接器M的上部本體54b 比附連于夯導(dǎo)向件32c的桿5 更快地向下運(yùn)動，直到銷5 滑動到在上部本體Mb中限定相對槽54d的壁的最上緣為止。銷5 快速地在槽54d中滑動，且在多數(shù)下降行程中，銷 54e與槽Md的上緣配合，這在多數(shù)下降行程中提供基本剛性連接。然而，接近下降行程的底部，活塞桿58減緩或減速至比夯塊32向下行進(jìn)的速度更慢的速度。在圖8中，使用向下截頭錐形突部56f來實(shí)現(xiàn)減速，該向下截頭錐形突部通過使端口 56e逐漸收斂對液壓流體通過端口 56e流出的流動進(jìn)行限制，因此使通過端口 56e的流動通路的截面減小，這使活塞桿58的向下運(yùn)動減緩。在圖9中，使用下端減速閥94來實(shí)現(xiàn)減速，該下端減速閥94變換至具有孔的端口，以對從活塞缸56底部流出的流動進(jìn)行限制，從而使活塞桿58減緩。圖5 和6示出，聯(lián)接器M具有用于向下推動桿Mc的彈簧裝置Mf，從而通常使銷5 抵靠于相對槽54d的底緣。在多數(shù)下降行程中，彈簧裝置54f如圖6所示壓縮，而銷5 抵靠于槽 54d的上緣。然而，接近下降行程底部，在活塞桿58減速之后，彈簧裝置54f朝其正常狀態(tài)膨脹，并將銷5 推離槽54d的上緣、推至如圖3所示的中間位置，這在夯32與帶襯墊的砧座50沖撞時，提供基本非剛性連接。當(dāng)夯塊32猛擊襯墊48時，銷5 處于限定槽54d的上緣和下緣之間的中間位置，以使夯塊32的打擊沖撞所產(chǎn)生的沖擊和振動以及可能回彈不會直接傳遞至活塞桿58，而允許在不使上部本體54b或活塞桿58運(yùn)動的條件下、使桿5 進(jìn)行一定程度運(yùn)動。這樣，聯(lián)接器M用于防止活塞桿58在夯塊32猛擊襯墊48和砧座50 時彎折。夯塊32盡可能多地通過上升行程和下降行程循環(huán)往復(fù)運(yùn)動，以將樁18打到海底土壤S中的希望深度。在將樁18打至所希望深度之后，使用R0V20上的操縱臂20a(圖1) 來脫開銷40a、40b、40c以及40d (圖2)，如果銷40是螺栓的話，則例如通過使螺栓松脫來脫開這些銷。在打夯設(shè)備12(圖1)與樁18脫開的條件下，船16上的卷揚(yáng)機(jī)16a和起重機(jī)臂 16c用于將打夯設(shè)備向上拉至船16的甲板，用以連接于另一個樁，并重復(fù)打樁過程。本發(fā)明的特定實(shí)施例本發(fā)明在一實(shí)施例中提供用于將物體打到水下土壤中的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括錘元件；框架結(jié)構(gòu)，錘元件接納在該框架結(jié)構(gòu)中；活塞缸，該活塞缸接納在框架結(jié)構(gòu)中；活塞， 該活塞接納在活塞缸中；以及活塞桿，該活塞桿具有上端和下端，該上端附連于活塞；聯(lián)接器，該聯(lián)接器附連于錘元件，其中，活塞桿的下端固定于該聯(lián)接器，且該聯(lián)接器適合于使活塞桿能相對于錘元件在有限范圍內(nèi)上下運(yùn)動；液壓元件組，該液壓元件組接納在框架結(jié)構(gòu)中或附連于該框架結(jié)構(gòu)，并與活塞缸流體連通；水面上的表面結(jié)構(gòu)(可以是適用作工作船舶的船或駁船或者固定于水下土壤或固定于水附近土壤的平臺)；升力線，該升力線在表面結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)之間延伸；遠(yuǎn)程操作潛水器(ROV)，該遠(yuǎn)程操作潛水器適合于可操作地連接于該液壓元件組；以及臍帶纜線，該臍帶纜線在表面結(jié)構(gòu)和ROV之間延伸，且適合于將來自表面結(jié)構(gòu)的電信號和/或控制信號提供給R0V，用于致使錘元件反復(fù)運(yùn)動，由此輸送用以將物體打到水下土壤中的打擊。聯(lián)接器較佳地包括中空管狀桿連接元件，該中空管狀桿連接元件具有下端和 上端；錘連接元件，該錘連接元件具有縱向部分和橫向部分，其中橫向部分接納在中空管狀桿連接元件內(nèi)；以及彈簧裝置，該彈簧裝置在中空管狀桿連接元件的上端和錘連接元件的橫向部分之間接納在中空管狀桿連接元件內(nèi)，其中錘連接元件能相對于中空管狀桿連接元件在有限范圍內(nèi)往復(fù)運(yùn)動。在一實(shí)施例中，聯(lián)接器包括管狀元件，該管狀元件具有以垂直縱向軸線定向的相對槽，且這些槽具有下端和上端；銷，該銷具有水平定向的縱向軸線，且該銷接納在槽內(nèi)，以使銷接觸槽的下端，從而在錘元件被提升時，在活塞桿和錘元件之間提供基本剛性連接；以及彈簧機(jī)構(gòu)，該彈簧機(jī)構(gòu)在銷上方接納在管狀元件內(nèi)，其中該彈簧機(jī)構(gòu)偏置成用于將銷向下推離槽的上端。在另一實(shí)施例中，聯(lián)接器包括管狀元件，該管狀元件具有上端、下端以及縱向軸線；T形元件，該T形元件具有縱向部分和橫向部分，其中，橫向部分可滑動地接納在管狀元件內(nèi)，且該縱向部分具有基本與管狀元件的縱向軸線共軸的縱向軸線；以及彈簧裝置，該彈簧裝置在管狀元件的上端和T形元件的橫向部分之間接納在管狀元件中，其中，該彈簧裝置適合于朝管狀元件的下端推動橫向部分。錘元件較佳地包括錘塊；上部錘塊導(dǎo)向件，該上部錘塊導(dǎo)向件從錘塊軸向地向上延伸；以及下部錘塊導(dǎo)向件，該下部錘塊導(dǎo)向件從錘塊軸向地向下延伸；其中，框架結(jié)構(gòu)具有上部開口和下部開口，上部開口適合于接納上部錘塊導(dǎo)向件，而下部開口適合于接納下部錘塊導(dǎo)向件。較佳的是，錘塊具有軸向孔；上部錘塊導(dǎo)向件和下部錘塊導(dǎo)向件都具有與錘塊中的孔對準(zhǔn)的孔；聯(lián)接器附連于錘塊或附連于上部錘塊導(dǎo)向件或下部錘塊導(dǎo)向件，并位于錘塊的孔內(nèi)，或者位于上部錘塊導(dǎo)向件或下部錘塊導(dǎo)向件的孔中；而活塞桿在上部錘塊導(dǎo)向件的孔內(nèi)向下延伸。框架結(jié)構(gòu)較佳地適合于允許水流進(jìn)流出，以使錘塊在水下時與水接觸。該液壓元件組較佳地包括提升機(jī)構(gòu)，該提升機(jī)構(gòu)用于提升錘元件；釋放機(jī)構(gòu)，該釋放機(jī)構(gòu)用于在錘元件被提升之后釋放錘元件；以及，推動機(jī)構(gòu)，該推動機(jī)構(gòu)適合于在錘元件被釋放之后、與活塞桿一起向下推動錘元件。推動機(jī)構(gòu)較佳地包括可調(diào)氣彈簧，該可調(diào)氣彈簧包括與液壓回路流體連通的容器，該容器適合于包含氣體，該氣體在錘元件被提升時、壓縮并儲存能量。聯(lián)接器較佳地適合于約在錘元件到達(dá)其最低位置時、防止活塞桿向下推動錘元件。聯(lián)接器較佳地適配成當(dāng)錘被向上提升時，活塞桿和錘之間的連接是基本剛性的，而在錘到達(dá)其最低位置時，活塞桿和錘之間的連接是非剛性的。在聯(lián)接器的一實(shí)施例中，在錘元件被提升時，錘連接元件的橫向部分壓靠于中空管狀桿連接元件的下端，以在活塞桿和錘元件之間提供基本剛性連接，而當(dāng)向下推動錘元件時，錘連接元件的橫向部分運(yùn)動遠(yuǎn)離中空管狀連接元件的下端并壓靠于彈簧裝置。本發(fā)明的其它實(shí)施例包括在此描述的打夯設(shè)備、打樁設(shè)備、土壤取樣設(shè)備或捶打設(shè)備以及這些設(shè)備的各種可選配件(例如，外部動力源和樁帽或裙部)的各個實(shí)施例、使用這些設(shè)備和系統(tǒng)的各個實(shí)施例的各種方法以及本發(fā)明的各種應(yīng)用。應(yīng)用本發(fā)明適合于在超過約1000英尺深度、較佳地超出約3000英尺深度、更佳地超出約5000英尺深度以及更加地超出約7000英尺深度的水中進(jìn)行操作。由于錘在與水接觸的條件下操作，因而本發(fā)明的設(shè)計(jì)和操作首先獨(dú)立于水的深度，然而液壓系統(tǒng)、尤其是可調(diào)氣彈簧應(yīng)適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)成用于預(yù)期水深。本發(fā)明可適用于在約10000英尺、即約3000米的深度處進(jìn)行操作。除了各種水下打樁應(yīng)用之外，存在本發(fā)明打夯設(shè)備對其尤其有用的若干其它應(yīng)用，包括引井器的安裝、泥墊的穩(wěn)定以及銷樁的安裝。在近海區(qū)域，通常通過在初始引井器中進(jìn)行噴射來啟動深水井，該初始引井器通常是具有從約30英寸到約36英寸范圍內(nèi)直徑的管，而較小直徑的、用于油井的 管安裝在管中。從鉆探船或半潛水鉆臺裝置以由于高租金所產(chǎn)生的巨大費(fèi)用來安裝引井器。此外，噴射處理使土壤弱化。根據(jù)本發(fā)明，利用水下的錘來進(jìn)行打樁，比起如果使用射水沉樁將更小程度地弱化土壤。因此，可使用如下較短引井器，該較短引井器等同于較長噴射引井器提供垂直和側(cè)向支承。較短的引井器提供顯著的優(yōu)點(diǎn)在于可使用較短的船來預(yù)安裝所驅(qū)打的引導(dǎo)器，就如同在淺水中進(jìn)行操作的那樣。泥墊是安裝在海底上的較大且結(jié)構(gòu)強(qiáng)化的板結(jié)構(gòu)，該板結(jié)構(gòu)用在油井工業(yè)中，以支承重的海底設(shè)備或井口設(shè)備。例如，參見授予Wybro等人的美國專利5244312，以參見的方式引入該專利。泥墊借助稱為裙部的垂直板來抵抗側(cè)向力，并通過泥墊抵靠于海底上的承載區(qū)域來抵抗垂直載荷和傾覆力矩。通過使用通過定位在墊周緣的樁導(dǎo)向件而安裝的輔助樁，能顯著地減少這些墊的墊面積及由此的浸水重量。這些輔助樁能減少墊面積，同時增強(qiáng)墊抵抗側(cè)向力的能力，以及抵抗施加于墊的傾覆力矩的能力。組合的泥墊樁基降低材料成本、減小設(shè)計(jì)復(fù)雜度并減小為安裝完整的樁和泥墊基座系統(tǒng)所需的船和起重機(jī)容量。銷樁是較小的樁，這些較小的樁用于通常尺寸的樁過大的應(yīng)用。銷樁的一個應(yīng)用是管線穩(wěn)定。通常需要在安裝過程中對管線的位置進(jìn)行控制，以沿管線曲率的內(nèi)半徑或當(dāng)管線經(jīng)過陡坡時、沿管線的下傾側(cè)來進(jìn)行一些對準(zhǔn)?？墒褂娩N樁來錨定深水管線，而使用本發(fā)明的捶打系統(tǒng)、以有效成本安裝這些銷樁。本發(fā)明可用于通過將管形裝置打到海底土壤中而從海底獲得土樣。為了對土壤類型和土壤的離岸強(qiáng)度進(jìn)行定性，通常進(jìn)行土壤采樣(應(yīng)仔細(xì)萃取)，并將土樣返回至實(shí)驗(yàn)室以進(jìn)行進(jìn)一步測試和研究。在深水中，須耗費(fèi)顯著的努力和費(fèi)用來進(jìn)行土壤采樣，這是由于需要鉆機(jī)、反應(yīng)體以及特定的取樣設(shè)備來進(jìn)行鉆探和取樣以采出良好的原狀土樣。使用本發(fā)明的錘組件能更快地進(jìn)行土壤取樣，并無需特定鉆機(jī)和取樣設(shè)備。本發(fā)明在各種深水應(yīng)用中的關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)或益處是減少成本和時間。用于這些應(yīng)用的現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備和方法需要較大鉆探船舶或建工駁船，而該較大鉆探船舶或建工駁船需要非常高的租金。通過按比例縮小圓柱形嵌入物體(樁、引導(dǎo)器或取樣器)的尺寸，可使用根據(jù)本發(fā)明的較小的水下樁錘來將物體打到海底中。還可按比例縮小船舶尺寸和操縱設(shè)備的尺寸，以減少船舶的租金，并可減小完成工作所需的時間。除了時間和成本優(yōu)點(diǎn)以外，對于維修諸如用在油氣生產(chǎn)中的海底結(jié)構(gòu)來說，可比現(xiàn)有技術(shù)的樁設(shè)備更容易地使用本發(fā)明的樁設(shè)備，而這些海底結(jié)構(gòu)可更易于被修改并適合于在整個安裝過程中改變需求。使用本發(fā)明的深水打樁器，可將整個海底油氣生產(chǎn)系統(tǒng)制造地更小，而不會減小生產(chǎn)能力，且之后可利用較小的船舶或駁船來移除該生產(chǎn)系統(tǒng)。本發(fā)明的捶打或打夯設(shè)備還可用在淺水及路基應(yīng)用中。對于路基應(yīng)用來說，可將圖2所示的打夯設(shè)備安裝在具有起重機(jī)的卡車上，并且可從卡車上的設(shè)備來對打夯設(shè)備供給動力。對于淺水應(yīng)用來說，還可從駁船來操作打夯設(shè)備30，和從錨定于海底的結(jié)構(gòu)來操作該打夯設(shè)備。打夯設(shè)備30可用在海水和淡水中。0070] 上文已對本發(fā)明進(jìn)行了描述，對于那些本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，技術(shù)、程序、材料以及設(shè)備的各種修改是顯而易見的。意圖使所有這些變型都在包括于所附權(quán)利要求書范圍內(nèi)的本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。這些所附權(quán)利要求以參見的方式包含在該說明書中，以確保該說明書支持這些權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種用于將物體打到水下土壤中的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 錘元件；框架結(jié)構(gòu)，所述錘元件接納在所述框架結(jié)構(gòu)中；活塞缸，所述活塞缸接納在所述框架結(jié)構(gòu)中；活塞，所述活塞接納在所述活塞缸中；以及活塞桿，所述活塞桿具有上端和下端，所述上端附連于所述活塞；聯(lián)接器，所述聯(lián)接器附連于所述錘元件，其中，所述活塞桿的下端固定于所述聯(lián)接器， 且所述聯(lián)接器適合于使所述活塞桿能相對于所述錘元件在有限范圍內(nèi)上下運(yùn)動；液壓元件組，所述液壓元件組接納在所述框架結(jié)構(gòu)中或附連于所述框架結(jié)構(gòu)，并與所述活塞缸流體連通；表面結(jié)構(gòu)，所述表面結(jié)構(gòu)在水面上；升力線，所述升力線在所述表面結(jié)構(gòu)和所述框架結(jié)構(gòu)之間延伸； 遠(yuǎn)程操作潛水器(ROV)，所述遠(yuǎn)程操作潛水器適合于可操作地連接于所述液壓元件組；以及臍帶纜線，所述臍帶纜線在所述表面結(jié)構(gòu)和所述ROV之間延伸，且所述臍帶纜線適合于將來自所述表面結(jié)構(gòu)的電信號和/或控制信號提供給所述R0V，用于致使所述錘元件反復(fù)運(yùn)動，由此輸送用以將所述物體打到水下土壤中的打擊。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述聯(lián)接器包括 中空管狀桿連接元件，所述中空管狀桿連接元件具有下端和上端；錘連接元件，所述錘連接元件具有縱向部分和橫向部分，其中所述橫向部分接納在所述中空管狀桿連接元件內(nèi)；以及彈簧裝置，所述彈簧裝置在所述中空管狀桿連接元件的上端和所述錘連接元件的橫向部分之間接納在所述中空管狀桿連接元件內(nèi)，其中所述錘連接元件能相對于所述中空管狀桿連接元件在有限范圍內(nèi)往復(fù)運(yùn)動。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述聯(lián)接器包括管狀元件，所述管狀元件具有相對槽，所述相對槽以垂直縱向軸線定向，且所述槽具有下端禾口上端；銷，所述銷具有水平定向的縱向軸線，且所述銷接納在所述槽內(nèi)，以使所述銷接觸所述槽的下端，從而在提升所述錘元件時，在所述活塞桿和所述錘元件之間提供基本剛性連接； 以及彈簧機(jī)構(gòu)，所述彈簧機(jī)構(gòu)在所述銷上方接納在所述管狀元件內(nèi)，其中所述彈簧機(jī)構(gòu)偏置成用于將所述銷向下推離所述槽的上端。
4.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述聯(lián)接器包括 管狀元件，所述管狀元件具有上端、下端以及縱向軸線；T形元件，所述T形元件具有縱向部分和橫向部分，其中，所述橫向部分可滑動地接納在所述管狀元件內(nèi)，且所述縱向部分具有基本與所述管狀元件的縱向軸線共軸的縱向軸線；以及彈簧裝置，所述彈簧裝置在所述管狀元件的上端和所述T形元件的橫向部分之間接納在所述管狀元件中，其中，所述彈簧裝置適合于朝所述管狀元件的下端推動所述橫向部分。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述錘元件包括錘塊；上部錘塊導(dǎo)向件，所述上部錘塊導(dǎo)向件從所述錘塊軸向地向上延伸；以及下部錘塊導(dǎo)向件，所述下部錘塊導(dǎo)向件從所述錘塊軸向地向下延伸； 其中，所述框架結(jié)構(gòu)具有上部開口和下部開口，所述上部開口適合于接納所述上部錘塊導(dǎo)向件，而所述下部開口適合于接納所述下部錘塊導(dǎo)向件。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于， 所述錘塊具有軸向孔；所述上部錘塊導(dǎo)向件和所述下部錘塊導(dǎo)向件都具有與所述錘塊中的孔對準(zhǔn)的孔； 所述聯(lián)接器附連于所述錘塊或附連于所述上部錘塊導(dǎo)向件或所述下部錘塊導(dǎo)向件，并位于所述錘塊的孔內(nèi)，或者位于所述上部錘塊導(dǎo)向件或所述下部錘塊導(dǎo)向件的孔內(nèi)；以及所述活塞桿在所述上部錘塊導(dǎo)向件的孔內(nèi)向下延伸。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述框架結(jié)構(gòu)適合于允許水流進(jìn)流出，以使所述錘塊在水下時與水接觸。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述液壓元件組包括 提升機(jī)構(gòu)，所述提升機(jī)構(gòu)用于提升所述錘元件；釋放機(jī)構(gòu)，所述釋放機(jī)構(gòu)用于在所述錘元件被提升之后釋放所述錘元件；以及推動機(jī)構(gòu)，所述推動機(jī)構(gòu)適合于在釋放所述錘元件之后、與所述活塞桿一起向下推動所述錘元件。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述聯(lián)接器適合于約在所述錘元件到達(dá)其最低位置時、防止所述活塞桿向下推動所述錘元件。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于， 所述錘元件包括錘塊，所述錘塊具有軸向孔；上部錘塊導(dǎo)向件，所述上部錘塊導(dǎo)向件從所述錘塊軸向地向上延伸；以及下部錘塊導(dǎo)向件，所述下部錘塊導(dǎo)向件從所述錘塊軸向地向下延伸；其中，所述框架結(jié)構(gòu)具有上部開口和下部開口，所述上部開口適合于接納所述上部錘塊導(dǎo)向件，而所述下部開口適合于接納所述下部錘塊導(dǎo)向件，所述上部錘塊導(dǎo)向件和所述下部錘塊導(dǎo)向件都具有與所述錘塊中的孔對準(zhǔn)的孔， 所述聯(lián)接器附連于所述錘塊或附連于所述上部錘塊導(dǎo)向件或所述下部錘塊導(dǎo)向件，并位于所述錘塊的孔內(nèi)，或者位于所述上部錘塊導(dǎo)向件或所述下部錘塊導(dǎo)向件的孔中， 所述活塞桿在所述上部錘塊導(dǎo)向件的孔內(nèi)向下延伸，且所述聯(lián)接器適配成當(dāng)向上提升所述錘時，所述活塞桿和所述錘之間的連接是基本剛性的，而在所述錘到達(dá)其最低位置時，所述活塞桿和所述錘之間的連接是非剛性的。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述框架結(jié)構(gòu)是細(xì)長的并具有在操作所述錘元件時大體垂直定向的縱向軸線，且所述框架結(jié)構(gòu)具有上端和下端，還包括從所述框架結(jié)構(gòu)的下端伸出的裙部，所述裙部適合于套在由所述錘元件所驅(qū)打的物體上，且所述裙部適合于在所述物體經(jīng)過水下降時保持所述物體。
12.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于， 所述錘元件包括錘塊，所述錘塊具有軸向孔；上部錘塊導(dǎo)向件，所述上部錘塊導(dǎo)向件從所述錘塊軸向地向上延伸；以及下部錘塊導(dǎo)向件，所述下部錘塊導(dǎo)向件從所述錘塊軸向地向下延伸；其中，所述框架結(jié)構(gòu)具有上部開口和下部開口，所述上部開口適合于接納所述上部錘塊導(dǎo)向件，而所述下部開口適合于接納所述下部錘塊導(dǎo)向件，所述上部錘塊導(dǎo)向件和所述下部錘塊導(dǎo)向件都具有與所述錘塊中的孔對準(zhǔn)的孔， 所述聯(lián)接器附連于所述錘塊或附連于所述上部錘塊導(dǎo)向件或所述下部錘塊導(dǎo)向件，并位于所述錘塊的孔內(nèi)，或者位于所述上部錘塊導(dǎo)向件或所述下部錘塊導(dǎo)向件的孔中， 所述活塞桿在所述上部錘塊導(dǎo)向件的孔內(nèi)向下延伸， 其中，所述聯(lián)接器包括中空管狀桿連接元件，所述中空管狀桿連接元件具有下端和上端； 錘連接元件，所述錘連接元件具有縱向部分和橫向部分，其中所述橫向部分接納在所述中空管狀桿連接元件內(nèi)；以及彈簧裝置，所述彈簧裝置在所述中空管狀桿連接元件的上端和所述錘連接元件的橫向部分之間接納在所述中空管狀桿連接元件內(nèi)，其中所述錘連接元件能相對于所述中空管狀桿連接元件在有限范圍內(nèi)往復(fù)運(yùn)動，其中，所述框架結(jié)構(gòu)具有上端和下端，并包括附連于所述上端的液壓次框架，所述液壓元件組中的至少一些元件位于所述液壓次框架中，且所述液壓次框架的附件包括沖擊和振動隔離器，所述沖擊和振動隔離器用于使所述液壓次框架中的液壓元件與在所述錘元件輸送打擊時發(fā)生的沖撞沖擊隔離。
13.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于， 所述錘元件包括錘塊，所述錘塊具有軸向孔；上部錘塊導(dǎo)向件，所述上部錘塊導(dǎo)向件從所述錘塊軸向地向上延伸；以及下部錘塊導(dǎo)向件，所述下部錘塊導(dǎo)向件從所述錘塊軸向地向下延伸；其中，所述框架結(jié)構(gòu)具有上部開口和下部開口，所述上部開口適合于接納所述上部錘塊導(dǎo)向件，而所述下部開口適合于接納所述下部錘塊導(dǎo)向件，所述上部錘塊導(dǎo)向件和所述下部錘塊導(dǎo)向件都具有與所述錘塊中的孔對準(zhǔn)的孔， 所述聯(lián)接器附連于所述錘塊或附連于所述上部錘塊導(dǎo)向件或所述下部錘塊導(dǎo)向件，并位于所述錘塊的孔內(nèi)，或者位于所述上部錘塊導(dǎo)向件或所述下部錘塊導(dǎo)向件的孔中， 所述活塞桿在所述上部錘塊導(dǎo)向件的孔內(nèi)向下延伸，其中所述液壓元件組包括推動機(jī)構(gòu)，所述推動機(jī)構(gòu)適合于在釋放所述錘元件之后、通過所述活塞桿向下推動所述錘元件，且所述聯(lián)接器適配成當(dāng)向上提升所述錘時，所述活塞桿和所述錘元件之間的連接是基本剛性的，而在所述錘元件到達(dá)其最低位置時，所述活塞桿和所述錘元件之間的連接是基本非剛性的。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述液壓元件組包括液壓回路，所述液壓回路適合于提升所述活塞并由此提升所述錘元件，且所述推動機(jī)構(gòu)包括可調(diào)氣彈簧，所述可調(diào)氣彈簧包括與所述液壓回路流體連通的容器，所述容器適合于容納氣體，所述氣體在提升所述錘元件時壓縮并儲存能量。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述液壓元件組包括釋放機(jī)構(gòu)，所述推動機(jī)構(gòu)適合于在釋放所述錘元件之后通過所述活塞桿向下推動所述錘元件，其中，在提升所述錘元件時，所述錘連接元件的橫向部分壓靠于所述中空管狀桿連接元件的下端，以在所述活塞桿和所述錘元件之間提供基本剛性連接，而當(dāng)向下推動所述錘元件時，所述錘連接元件的橫向部分運(yùn)動遠(yuǎn)離所述中空管狀桿連接元件的下端并壓靠于所述彈簧裝置。
16.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述水面上的表面結(jié)構(gòu)是適用作工作船舶的船或駁船，或者所述水面上的表面結(jié)構(gòu)是固定于水下土壤或固定于水附近土壤的平臺。
17.一種用于將物體打到水下土壤中的方法，所述方法包括以下步驟 將打夯設(shè)備下降到水體中，其中所述打夯設(shè)備包括框架結(jié)構(gòu)，所述框架結(jié)構(gòu)具有上端和下端，其中所述框架結(jié)構(gòu)適合于允許水流進(jìn)流出所述框架結(jié)構(gòu)；錘，所述錘接納在所述框架結(jié)構(gòu)中，并適合于在接觸水的同時進(jìn)行操作； 液壓缸，所述液壓缸接納在所述框架結(jié)構(gòu)中； 活塞，所述活塞接納在所述液壓缸中； 聯(lián)接器，所述聯(lián)接器附連于所述錘；活塞桿，所述活塞桿附連于所述活塞和所述聯(lián)接器并在所述活塞和所述聯(lián)接器之間延伸，其中所述聯(lián)接器適配成當(dāng)向上提升所述錘時，所述活塞桿和所述錘元件之間的連接是基本剛性的，而在所述錘元件到達(dá)其最低位置時，所述活塞桿和所述錘元件之間的連接是基本非剛性的；以及第一液壓回路，所述第一液壓回路適合于通過所述液壓缸、所述活塞以及所述活塞桿來提升所述錘并適合于釋放所述錘，藉此釋放所述錘使所述錘能在重力作用下下落，其中， 所述打夯設(shè)備適合于對所要打到水下土壤中的物體施加打夯力；將遠(yuǎn)程操作潛水器(ROV)下降到水中，其中所述ROV適合于具有第二液壓回路，且所述 ROV適合于遠(yuǎn)程控制，所述遠(yuǎn)程控制允許所述ROV 由所述ROV上的推進(jìn)系統(tǒng)下降到水下，以及將所述ROV上的第二液壓回路連接于所述打夯設(shè)備上的第一液壓回路， 其中，所述ROV和所述第一液壓回路及所述第二液壓回路提供通過所述ROV對所述打夯設(shè)備進(jìn)行操作的能力；以及使用打夯設(shè)備以將所述物體打到水下土壤中。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所要打到水下土壤中的物體是管，且所述管用作引井器。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所要打到水下土壤中的物體是樁。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法還包括安裝泥墊，其中，多個樁用于將所述泥墊錨定于水下土壤。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將管線錨定于水下土壤。
22.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將設(shè)備和/或結(jié)構(gòu)元件錨定于水下土壤。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述設(shè)備和/或結(jié)構(gòu)元件用在油和/或氣的生產(chǎn)中。
24.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所要打到水下土壤中的物體是土壤取樣裝置
25.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述打夯設(shè)備和所述第一液壓回路適合于在釋放所述錘之后向下推動所述錘。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述第一液壓回路包括可調(diào)氣彈簧，所述可調(diào)氣彈簧包括容納氣體的儲箱，在提升所述錘時，所述氣體壓縮，而在釋放所述錘之后， 所述氣體膨脹，由此為向下推動所述錘提供力。
27.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法還包括提供具有起重機(jī)的船，所述起重機(jī)用于下降所述打夯設(shè)備，其中鋼索從所述起重機(jī)延伸至所述打夯設(shè)備，用以保持所述打夯設(shè)備，而除了通過所述ROV以外，沒有任何電、空氣和/或控制信號提供給所述打夯設(shè)備，且水深超過3000英尺。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述框架結(jié)構(gòu)包括附連于所述框架下端的裙部，且所述裙部適合于保持所要打到土壤中的物體，所述方法還包括從所述船下降所述物體并使所述物體經(jīng)過水。
29.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法還包括首先利用從第一高度下降的夯來將所述物體打夯到土壤中，隨后利用從第二高度下降的夯來將所述物體打夯到土壤中，其中所述第二高度大于所述第一高度。
30.一種打夯設(shè)備，包括錘框架，所述錘框架具有上端和下端以及在所述上端和所述下端之間延伸的側(cè)壁，所述側(cè)壁具有適合于使水通過所述側(cè)壁的水開口；錘，所述錘接納在所述錘框架中，其中所述錘包括重本體、上部錘導(dǎo)向件以及下部錘導(dǎo)向件，所述重本體具有上表面和下表面，所述上部錘導(dǎo)向件從所述重本體的上表面向上延伸，而所述下部錘導(dǎo)向件從所述重本體的下表面向下延伸，其中所述上部錘導(dǎo)向件、所述重本體以及所述下部錘導(dǎo)向件具有共軸孔，所述框架具有用于接納所述上部錘導(dǎo)向件的上部導(dǎo)向開口和用于接納所述下部錘導(dǎo)向件的下部導(dǎo)向開口，且所述框架和所述錘適合于使所述錘在所述框架內(nèi)部往復(fù)運(yùn)動，而所述錘適合于在接觸水的同時進(jìn)行操作；砧座，所述砧座位于所述錘框架的下端中，且所述砧座適合于接收并傳遞來自所述錘的沖擊力；液壓框架，所述液壓框架聯(lián)接于所述錘框架的上端；液壓缸，所述液壓缸接納在所述液壓框架中；活塞，所述活塞接納在所述液壓缸中；活塞桿，所述活塞桿具有附連于所述活塞的一端；聯(lián)接機(jī)構(gòu)，所述聯(lián)接機(jī)構(gòu)適合于將所述活塞桿的另一端聯(lián)接于所述錘，且在提升所述錘時，所述聯(lián)接機(jī)構(gòu)在所述活塞桿和所述錘之間提供基本剛性連接，而當(dāng)所述錘沖撞所述砧座時，所述聯(lián)接機(jī)構(gòu)在所述活塞桿和所述錘之間提供基本非剛性連接；以及液壓流體回路，所述液壓流體回路適合于為提升所述錘提供提升力，并適合于釋放所述錘。
31.如權(quán)利要求30所述的打夯設(shè)備，其特征在于，所述液壓流體回路包括可調(diào)氣彈簧，所述可調(diào)氣彈簧包括其中儲存有氣體的容器，在提升所述錘時，所述氣體壓縮，而在釋放所述錘之后，所述氣體膨脹，且所述氣體的膨脹提供向下力，所述向下力用于向下推動所述錘。
32.如權(quán)利要求31所述的打夯設(shè)備，其特征在于，來自所述膨脹氣體的所述向下力通過所述活塞桿并通過所述聯(lián)接機(jī)構(gòu)傳遞至所述錘，且所述聯(lián)接機(jī)構(gòu)和/或所述液壓流體回路適合于防止所述活塞桿約在所述砧座接收來自所述錘的沖撞力時、猛烈且剛性地猛擊所述錘。
33.如權(quán)利要求32所述的打夯設(shè)備，其特征在于，所述聯(lián)接機(jī)構(gòu)包括中空管狀桿連接元件，所述中空管狀桿連接元件具有下端和上端；錘連接元件，所述錘連接元件具有縱向部分和橫向部分，其中所述橫向部分接納在所述中空管狀桿連接元件內(nèi)；以及彈簧裝置，所述彈簧裝置在所述中空管狀桿連接元件的上端和所述錘連接元件的橫向部分之間接納在所述中空管狀桿連接元件內(nèi)，其中所述錘連接元件能相對于所述中空管狀桿連接元件在有限范圍內(nèi)往復(fù)運(yùn)動。
34.如權(quán)利要求33所述的打夯設(shè)備，其特征在于，當(dāng)提升所述錘時，所述錘連接元件的橫向部分壓靠于所述中空管狀桿連接元件的下端，以在所述活塞桿和所述錘之間提供基本剛性連接，而當(dāng)向下推動所述錘時，所述錘連接元件的橫向部分運(yùn)動遠(yuǎn)離所述中空管狀桿連接元件的下端并壓靠于所述彈簧裝置，就在所述錘沖撞所述砧座之前，所述活塞桿的向下速度減緩。
35.如權(quán)利要求30所述的打夯設(shè)備，其特征在于，所述液壓流體回路適合于由遠(yuǎn)程操作驅(qū)動單元來操作或者由具有推進(jìn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操作潛水器(ROV)，其中所述打夯設(shè)備適合于在約3000英尺的水深下操作。
36.如權(quán)利要求30所述的打夯設(shè)備，其特征在于，所述打夯設(shè)備還包括從所述錘框架的下端伸出的裙部，且所述裙部適合于與所要打到土壤中的物體接觸，并且所述裙部適合于接收來自所述錘的沖撞力，并將所述沖撞力傳遞至所述所要打到土壤中的物體。
全文摘要
提供一種打樁器，該打樁器與遠(yuǎn)程操作潛水器(ROV)和工作船一起用在深水中，用于在海底土壤中設(shè)定樁、銷樁以及引井器和在深水中進(jìn)行土壤取樣，且該打樁器可用于淺水和路基應(yīng)用。夯塊或錘接納在開口框架中，并在接觸水的同時液壓地反復(fù)運(yùn)動。接納在活塞缸中的活塞桿在一端處通過聯(lián)接機(jī)構(gòu)固定于錘，而采用船載液壓回路來使用外部液壓動力源。在上升行程中，氣體壓縮以儲存能量，而在下降行程中，該能量釋放以向下推動錘。聯(lián)接機(jī)構(gòu)在活塞桿和錘之間提供如下連接該連接能在基本剛性提升連接、基本剛性下推連接以及基本非剛性沖撞連接之間運(yùn)動，以防止活塞桿在錘到達(dá)其最低位置時彎折。聯(lián)接機(jī)構(gòu)的一實(shí)施例包括中空本體、桿以及彈簧，中空本體具有相對縱向槽，桿可滑動地接納在該中空本體中，該中空本體在一端處可滑動地銷連接在相對槽中，而在另一端處固定地銷連接于錘，彈簧位于中空本體中且偏置成朝錘推動該桿。
文檔編號E21B7/124GK102159770SQ200980137040
公開日2011年8月17日 申請日期2009年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月21日
發(fā)明者詹姆斯·E·阿達(dá)姆森 申請人:詹姆斯·E·阿達(dá)姆森