举升系统 背景技术
本发明涉及用于将如海上平台或船舶的构造物举升出水的举升系统、以及用于通过使用该系统进行举升的方法。
例如在US-A-3.804.369中公开了这种举升系统。该举升系统具有通过使用线缆相互联接的成对液压缸。
在US-A-4.007.914中公开了另一这种举升系统。该系统具有三个相互固定的框架部件。一个液压缸的一端固定至一个框架部件，另一个液压缸的一端固定至邻近框架。这些液压缸的另一端联接起来。
在US-A-4.411.408中公开了又一这种举升系统。该举升系统具有腿，腿具有若干“弦杆(chord)”，每个弦杆在弦杆的相反侧具有两个液压缸。液压缸的两端具有可缩回的销，可缩回的销可伸展到位于弦杆中的通道中。两个液压缸以同步的方式位移。
GB-2.004.246公开了一种举升系统，其具有带孔的正方形腿和附接至平台的框架，平台可在腿的两个相反侧具有两个轭(yoke)并具有可插入腿的孔中的销。框架在致动器的相同侧具有锁定销。这些限制轭的行程。
GB-2.004.247公开了一种举升系统，其具有带孔的正方形腿和附接至平台的框架，平台在腿的两个相反侧具有两个轭并具有可插入这些孔中的销。轭可一个超过一个并因而共同提供快速的腿操纵。高负荷的操纵可能是问题，在一个平台上同时操纵若干腿也是问题。
FR-A-2.235.602公开了一种设置有腿的平台，可通过在腿中装填压载物来降低腿、并通过移除压载物来升高腿。当腿搁置在海底面上时，可通过举升系统来升高平台。腿具有如用于存储油的容器，并由混凝土制成。每个腿具有四个致动器。致动器定位在平台内，从而将致动器的行程限制到平台的厚度。所有四个致动器具有相同的行程并可全部仅覆盖一个间隔(pitch)距离。此外，它在固定位置具有锁定销。
US-A-2.932.486公开了一种用于举升平台的举升系统。它具有腿，腿设置有带孔的导轨(rail)。此外，它在附接至平台的框架上具有双作用液压缸，液压缸在缸的一端具有锁定销并在缸的相反端具有锁定销。它为每个腿使用两个或三个致动器。此外，致动器具有相同的最大工作行程。
US-A-3.056.585公开了一种具有腿的浮船，腿可以升高和降低。每个腿均为正方形的并在每个角具有可在第一方向上伸展的第一液压缸和可在相反方向上伸展的第二液压缸。两个相邻第一缸的端部通过梁联接，成一直线的第二缸也通过梁联接。这些梁接合在设置在腿的四角处的导轨的凹陷中。因而，实际上存在四个致动器，其中两个致动器处于腿的相一侧且成一直线。这两个致动器反向移动。整个致动器系统因而沿着腿的相当大部分的长度伸展。
因而，所有这些系统具有举升速度、支持效率、紧凑性或复杂性方面的若干缺陷。一些系统需要长于确实需要的腿。其它系统需要相对高的框架或缺少稳定性。因此，存在改进的空间。
【发明内容】
本发明的目的是改进举升系统和/或提供可替换的举升系统。
根据本发明的第一方面，通过一种举升系统实现这些目标的至少一个，该举升系统用于举升构造物，具体地用于将海上平台或船舶举升出水，所述举升系统包括腿和导引框架，所述腿具有纵向轴线并包括沿着所述腿的第一接合部件，所述导引框架可沿着所述腿位移，所述导引框架至少包括第一致动器、第二致动器、第三致动器和第四致动器，这些致动器均具有第一致动器部件和第二致动器部件，所述第一致动器部件和第二致动器部件在工作中可沿着所述腿相对于彼此位移，致动器的所述第一致动器部件联接至所述导引框架，致动器的所述第二致动器部件均联接至第一接合部件以与所述腿的所述第一接合部件接合和脱离从而在所述腿的纵向上提供抵接，所述致动器的所述第二致动器部件彼此能够沿着所述腿一个超过一个地位移，所述致动器相对于所述腿的纵向平面彼此相反地成对布置。
这样提供了减小举升系统的腿的长度的可能性。此外，由于致动器的端部可以一个超过一个地位移，因此建筑物可以更快地升高或降低。
由于致动器可一个超过一个，因此提供了可以几乎连续操作的举升系统。
此外，所提出的系统允许举升系统是容易建造的且经济的。
此外，腿被对称地加载。这样还允许更多的操作模式，使更仔细地设计致动器成为可能。
当举升系统将液压缸用作致动器时，处于不同阶段的这些缸必须返回其缩回位置。该过程被称为“收回”。该用语将在本说明书中使用，但并不一定仅指液压系统。在大多数实施方式中，液压缸为双行程缸。
在本文中，船舶和平台均被使用。应该清楚，举升系统可具体用于海上平台和如再进一步描述的船舶和船只的临时平台。
本发明的举升系统还用于在沿岸水域或者远海安装像风力发动机之类的海上建筑物的船舶，以及需要升高和/或降低的其它建筑物。这要求操作速度，并且还要求处理大载荷和具有大波动的载荷的能力。
本发明的举升系统能够通过将一个或多个腿定位在海底上而将海上平台举升出水并将该平台提升出水。在该腿操纵过程中，可区分出均对举升系统具有其特定要求的以下阶段：
-腿降低阶段；
-举升阶段；
-平台支持阶段；
-平台降低阶段；
-腿提升阶段。
当平台或船舶到达其操作位置时，腿在腿降低阶段降低。在该阶段，作用在腿上的载荷最小。腿降低直至其到达海底。在该阶段中，降低需要以受控的方式来完成。在该阶段结束时，通常每个腿在船舶下方的长度因海底的变化而不同。
当腿搁置在底面上时，举升阶段可以开始。在该阶段，船舶或平台被提升出水并最终将完全搁置在腿上。还可以仅部分地提升平台，并因此将腿用作稳固装置。因而，在该模式下，平台仅部分地搁置在腿上。显然，在该举升阶段中，船舶或平台应尽可能保持水平。
在举升阶段之后，船舶的实际工作可以开始。船舶搁置在腿上并提供稳定的工作平台。当条件变得恶劣时，例如在暴风雨中，或当海底是不稳定的或变得不稳定时，可以确认平台支持阶段。
在工作完成之后，平台降低阶段开始。在该阶段中，船舶降低直至不再搁置在腿上且漂浮。同样，在降低过程中，船舶应尽可能维持在水平位置。在该阶段中，船舶的重量应受到控制。
接着，腿升高阶段开始。在该阶段中，腿被提升并完全复原，通常在船舶的平台底部上方，如使得船舶准备航行离开。
已经提及的阶段之间，存在可用于那些阶段之间的若干操作模式/阶段。
1)处于腿降低与平台提升之间的触地/过渡(touchdown/transition)阶段。通常，当腿正好位于海床上时，腿降低停止。然后，以一个长行程(2S)完成触地，紧接着进行多个举升循环。
2)预加载。为了将腿充分地稳固在海底上以承受得住设计环境条件，对腿静态地预加载至在那些环境条件中的最大期望腿载荷。将该载荷保持一会儿以允许海底稳定。这被称为预加载。由于其要求大于举升力，因此所有致动器需要接合至腿。这样，提供具有至少四个腿的平台可能具有优势。在这种情况下，例如可以对两个对角的腿进行预加载，然后对另外两个对角的腿进行预加载直至整个平台充分稳固。
3)处于平台降低与腿提升之间的腿牵引。腿可能卡在海床中。为了复原腿，可能要求相当大的牵引力。这可以通过接合至腿且同时操作的4个致动器来完成。
因此，显然，提供四个致动器提供了举升系统的额外的优点和可能操作模式。
现在对举升系统的不同实施方式进行讨论。
在一个实施方式中，第一致动器和第三致动器、以及第二致动器和第四致动器是相反的致动器。因而可以平衡载荷，并且各对致动器可独立操作。
在一个实施方式中，致动器围绕腿设置。
在一个实施方式中，第一致动器和第三致动器、以及第二致动器和第四致动器布置在腿的相反侧。
这样完全允许载荷的平衡和致动器的独立操作。
在一个实施方式中，所述致动器具有工作行程，工作行程被限定为第二致动器部件可以沿着腿行进的距离，其中，一对致动器的工作行程与另一对致动器的工作行程存在差异。因而，例如可以在不平坦的海底稳定并降低。
在另一实施方式中，第一接合部件沿着腿以间隔S设置，工作行程差异的量至少为S。
在举升系统的一个实施方式中，所述腿还包含沿着所述腿的第二接合部件，所述第二致动器部件还联接至第二接合部件以与所述腿的相应第二接合部件接合从而在所述腿的横向上提供抵接。
在举升系统的一个实施例式中，所述腿的所述第二接合部件包括沿着所述腿的至少一个导轨，所述致动器的所述第二接合部件在具有径向分量的方向上和具有切向分量的方向上抵接所述导轨并可沿着所述导轨滑动。
在举升系统的一个实施方式中，所述腿为每一个致动器设置有导轨。
在举升系统的一个实施方式中，每一个致动器包括两个液压缸，所述两个液压缸的一端联接至所述导引框架且另一端联接至所述第二致动器部件，每一个所述第一接合部件包括可缩回销，可缩回销可在横向于所述腿的方向上从第一位置移动到第二位置，可缩回销在第一位置与所述腿分离，可缩回销在第二位置与所述腿的所述第一接合部件之一接合以在纵向上提供抵接。
在举升系统的一个实施方式中，所述腿的第一接合部件沿着腿等间距设置，所述第一致动器部件和第二致动器部件可沿着接合部件的距离的最小距离位移。
在举升系统的一个实施方式中，至少一对致动器具有第一致动器部件和第二致动器部件，第一致动器部件和第二致动器部件可沿着接合部件间距的至少两倍的最小距离位移。
本发明还涉及一种用于将具体为海上平台或船舶的构造物举升出水的方法，所述构造物包括平台和至少一个上述举升系统，其中，所述致动器接连地被驱动。
本发明还涉及一种用于根据本发明的举升系统的腿。
本发明还涉及一种用于根据本发明的举升系统的导引框架。
本发明还涉及一种举升系统或平台，其包括一个或多个在说明书中描述和/或在附图中示出的特征。
本发明还涉及一种方法，其包括一个或多个在说明书中描述和/或在附图中示出的特征。
可以对本专利中所讨论的不同方面进行结合以提供额外的优点。
【附图说明】
参照附图所示的优选实施方式对本发明进一步说明，在附图中：
图1示出了具有若干根据本发明的举升系统的船舶；
图2以侧视图示出了根据本发明的举升系统的实施方式；
图3以俯视图示出了图2的实施方式。
实施方式的详细描述
图1中示出了用于放置如风力发动机2的海上建筑物的船舶1。该船舶设置有用于将船舶举升或提升出水、即举升或提升到水面上方的多个举升系统3。为此，腿4搁置在海底面上。
为了安装如风力发动机，船舶1在其上装载风力发动机2并航行至必须放置风力发动机的位置。在该位置，船舶的腿4降低直至腿4搁置在海底上。该阶段被称为腿操纵阶段。然后，通过使用与腿4接合的引导框架5将船舶提升出水。该阶段被称为举升阶段。在将船舶提升出水后，竖立风力发动机并将其放置在海底上。在安装风力发动机之后，再次降低船舶，接着，通过使用引导框架5将腿4从海底升高，船舶航行离开。显然，腿降低的速度、将船舶举升出水、降低回水中的速度、和将腿复原的速度在经济上是重要的。复杂的因素之一在于海底通常很不平坦。
图2以立体图示出了本发明的举升系统3。船舶或其它海上建筑物可包括一个或若干这种举升系统3。举升系统3包含腿4和举升设备5。腿4具有用于搁置在海底上的脚7。
该实施方式中的腿4具有基本上正方形的横截面，腿4在每个角具有导轨9，导轨9具有沿着腿等间距的通孔10。还可将腿4的横截面称为八边形，该八边形横截面将导轨作为其一些边。腿4还可以具有如具有三个导轨的三角形横截面、大致的椭圆形横截面、或可具有其它横截面。然而，所示带有四个导轨的腿具有下述的若干致动器的优点。
在所示实施方式中，腿可具有基本上与导轨9的法线平行的连接杆、梁或板，以提供针对基本上垂直于导轨9而作用的力的刚性和强度。在一个实施方式中，提供了连接所有导轨9的若干板，而且在大多数情况下提供的是连接导轨9的板20。
举升设备5具有联接至船舶的框架8。在该实施方式中，举升设备5还具有致动器11、11’，每个致动器包括两个液压缸。具体地，这些液压缸是还允许操作速度增加的双作用缸。致动器还可是如包括一个或多个伺服电动机的电驱动类型。然而，这种类型的致动器在海上领域并非很常见。
致动器11、11’具有附接至框架8的第一端12、12’。致动器沿着腿4伸展并具有在操作中相对于第一端12、12’位移的、相反的第二端13、13’。第二端13、13’具有可与腿4接合和脱离的接合部件14、15。
在该实施方式中，致动器11、11’具有在一端12、12’附接至框架8的两个液压缸。两个液压缸的相反端13、13’附接至可在导轨9上滑动的导引器16。导引器具有与导轨9可滑动接合的导引构件17。在所示的该实施方式中，导轨9具有两个相反的边缘，两个相反的导引构件17抓握所述边缘。
接合部件14、15具有销15，销15可滑进和滑出导轨9的孔10。以间隔(pitch)S设置这些孔。销15由这里为液压缸14的致动器14操作。这些销提供对导轨9的直接(positive)接合。
图3示出了图4的举升系统3的附视图。液压缸11、11’在其上端13、13’附接至可在导轨9上滑动的导引器16。在图中显示导引器16的附接部件18处于小角度而非处于直线。这样，液压缸的力在导轨9和腿上产生最小的应变。
在该实施方式中，孔10的间隔为S。短致动器11的行程对应于该间隔S，长致动器11’的行程对应于2·S。致动器11、11’可独立操作，因而允许腿的更快操纵。
在腿降低阶段期间，短致动器通过其销15而仅用作锁定装置。降低阶段通常将以所有腿的所有致动器11、11’完全缩回开始。在降低阶段中，重复以下循环：
-长致动器11’的销15从其孔10缩回；
-长致动器11’在长度2S上完全伸展；
-长致动器11’的销15插入相应的孔10中；
-短致动器11的销15从孔10缩回；
-长致动器11’缩回，因而降低腿。在通过长致动器缩回而进行的该降低过程中，长致动器11’的销15保留在相应的孔10中；
-当长致动器11’完全降低时，短致动器11的销15插入相应的孔10中。
循环再次开始直至腿4的脚7搁置在海底上。通常，当最后的循环结束所有的腿搁置在海底上时，这并不意味着孔10处于短致动器11的销15的位置。因而，所有腿的短致动器中的每一个在长度0-S之间伸展直至其销15能够插入孔10中。
完成该降低阶段的更快方式是这样的一个程序，在该程序中，在每个循环中，长致动器11’之一在另一长致动器11’降低时以其销15从孔10缩回的方式收回。这是可行的，因为两个致动器的一端未彼此联接。在该情况下不使用短致动器11。
在降低阶段之后，举升阶段开始。在该阶段开始时，由于海底的不规则表面，所有腿可能具有不同的延伸到船舶下方的长度。腿之间长度的这种差异通常并非间隔S的整数倍而常常是间隔S的倍数和该间隔S的分数。将短致动器11设定至使其跨过(bridge)腿之间的间隔差异的分数的长度。然后，短致动器11固定在使船舶处于水平位置的那些长度并在举升过程中维持于那些长度。将短致动器的销15插入相应的孔10中以锁定腿。这样，短致动器11因而成为用于腿的可调整锁定系统，而长致动器11’则成为腿移动系统。
然后执行以下举升循环：
-来自长致动器11’的销15缩回；
-用于所有腿的长致动器11’从处于0-S伸展之间的开始位置同时伸展至处于0与2S之间的伸展位置，即长致动器11’的销15与孔10对位的位置；
-接着，长致动器11’的销15插入孔10中；
-短致动器11的销15从其孔10缩回；
-同时将所有腿的长致动器11’致动返回其开始位置。
-最后，短致动器的销15插入相应的孔10中以再次锁定腿。
重复该循环。因而，船舶或平台将在每个循环过程中被提升S的量并维持水平。短致动器11的可调整位置使长致动器11’的收回对于所有腿同时成为可能，从而提高了平台的总体举升速度。
通常，当要求提升大的重量时，需要该实施方式的两个长致动器11’以进行举升，而在其它阶段中仅需要一个长致动器11’，因而允许这些其它阶段以更大的速度进行：一个长致动器11’可以伸展，同时另一个可以收回。
当平台到达其通常提升出水的举升位置时，平台可开始其如放置风力发动机的杆或柱的活动。在这些操作过程中，腿可能遇到高的竖直载荷，在一些情况下，竖直载荷甚至高于平台举升过程中的。为了转移这些载荷，所有致动器11和11’的销15接合至腿4，从而产生两倍于系统的举升能力的支持能力。
平台在其工作完成之后在平台降低过程中降低至水中。在该阶段开始时，短致动器通常伸展至处于0-S之间的长度，并且短致动器的销15插入相应的孔10中。同样，正如举升阶段那样，平台应维持水平。
对于平台降低阶段，重复以下循环：
-短致动器11的销15从孔10解锁；
-所有腿的长致动器11’同时伸展以降低平台，直至伸展至0与2S之间的长度；
-短致动器11的销15锁定腿；
-接着，长致动器11’的销15从其孔10解锁，以及
-长致动器11’缩回至其0与2S之间的开始位置。
-接着，长致动器11’的销15锁定在孔10中。
重复该循环直至平台再次漂浮在水中。在每个循环过程中，平台可降低距离S。在该阶段之后，腿提升阶段开始。
在腿提升阶段，完全提升腿以使船舶能够航行离开。为此，可以采用以下循环。在该阶段，虽然船舶已经漂浮，但是腿仍在船舶下方以不同长度伸展。现在，将所有腿升高至使孔10与致动器11、11’的完全缩回位置对应的程度。该阶段通常以所有致动器11、11’处于完全缩回位置开始。在腿举升阶段中，长致动器11’可使用其2S的完全伸展长度。短致动器11的销15解锁，长致动器11’完全伸展，以将腿随其一同升起。短致动器同时完全缩回，并且当长致动器11’完全伸展时，短致动器11的、目前定位在孔10位置的销15插入孔中以锁定腿。接着，长致动器11’的销15从孔10完全缩回，长致动器11’完全缩回至其位置0。现在，长致动器11’的销15插入孔10中。因而，重复以下循环：
-短致动器11的销15从孔缩回，
-长致动器11’伸展至其完全长度2S，以将腿提升2S的量；
-短致动器11的销15锁定腿；
-长致动器11’的销15缩回，
-长致动器11’完全缩回，以及
-长致动器11’的销15插入孔10中。
当腿完全缩回时，该循环结束。因而，对于一些腿，比对于其它腿需要更多的循环。在每个循环过程中，将腿提升2S的量。
还可将该举升系统设计为使得一个致动器足够有力以通过自身提升腿。在该情况下，当接连地而非同时地使用一个腿的两个长致动器11’时，腿提升阶段可更快地进行。在该情况下，一个长致动器11’提升腿，同时另一个长致动器11’收回。
同样显然，包含了以上描述和附图以说明本发明的一些实施方式而非限制保护范围。基于该公开，处于本发明的保护范围内和实质内的、并作为现有技术和本专利公开的明显结合的更多实施方式，对于本领域技术人员而言是显而易见的。