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CN110114298B - 用在海上船上的对波浪引起的运动补偿的起重机、船及负载传递方法 - Google Patents

用在海上船上的对波浪引起的运动补偿的起重机、船及负载传递方法 Download PDF

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CN110114298B CN201780081537.7A CN201780081537A CN110114298B CN 110114298 B CN110114298 B CN 110114298B CN 201780081537 A CN201780081537 A CN 201780081537A CN 110114298 B CN110114298 B CN 110114298B
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Abstract

本发明涉及一种波浪引起的运动补偿起重机(10)及相应的船(1)和方法。起重机(1)包括运动补偿装置(50)和升沉补偿装置，运动补偿装置(50)位于吊臂结构的末端部分(43)处以补偿波浪引起的X轴‑Y轴运动，升沉补偿装置用于补偿Z轴运动。运动补偿装置(50)包括可移动悬臂梁，该可移动悬臂梁在基本水平的方向上延伸，其中悬臂梁可围绕基本竖直的回转轴线回转，并且可在悬臂梁的纵向方向上平移。优选地，可以基于吊臂结构的角度定向来调平悬臂梁。

Description

用在海上船上的对波浪引起的运动补偿的起重机、船及负载 传递方法
技术领域
本发明涉及一种用在海上船上的对波浪引起的运动补偿的起重机，例如用于安装或拆除海上风力涡轮机的一个或多个部件。本发明还涉及一种包括这种起重机的船，以及一种使用这种起重机传递负载的方法。
背景技术
当从船传递负载及向船传递负载时，船的波浪引起的运动是在该过程中要处理的众所周知的问题。该问题的一个众所周知的解决方案是使用自升式船，其中支腿下降到水中以至少部分地将船举升出水体外，使得波浪对船产生有限的影响或将影响降至最低。然而，这种自升式船的缺点是需要花费大量时间来降低支腿以及将船举升到水体外并在传递负载之后进行相反的过程。
另一种现有技术解决方案是通过相应地操作起重机来补偿波浪引起的船运动。也就是说，操作起重机使得其元件通常用于定位物体悬挂装置/负载，例如其绞盘，然后例如同时用于波浪引起的运动补偿。可替代地，起重机可以定位在波浪引起的运动补偿平台上，其中平台的位置和定向被调节以补偿波浪引起的船的运动。其优点在于任何类型的起重机可以定位在该平台上，但主要缺点在于平台承载起重机的整个重量(包括负载)。
另一种现有技术解决方案是在起重机的末端部分处补偿波浪引起的船的运动，例如使用WO2015/199543中公开的装置。然而，随着负载的增加和提升高度的增加，例如在提升风力涡轮机部件(例如风力涡轮机叶片、齿轮箱、发电机和机舱)时遇到的情况，这种装置不能在相对高的提升高度处理相对大的负载。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种对由波浪引起的运动补偿的起重机，其适于将相对较大的负载提升到相对较高的高度。
根据本发明的第一方面，该目的通过提供一种用在海上船上的对波浪引起的运动补偿的起重机来实现。该起重机包括：
-基座结构，其适于安装在船上；
-可回转上部结构，其适于相对于基座结构围绕基本竖直的回转轴线回转；
-吊臂结构，其安装至上部结构并且吊臂结构的第一端可枢转地被连接以相对于上部结构围绕基本水平的吊臂枢转轴线枢转；
-运动补偿装置，其安装至所述吊臂结构的末端部分；
-提升绞盘、提升绳索和由所述提升绳索悬挂的物体悬挂装置，其中所述提升绞盘安装在所述可回转上部结构上或所述吊臂结构上，并且其中所述提升绳索从提升绞盘延伸到吊臂结构的末端部分，然后沿着所述运动补偿装置延伸到所述物体悬挂装置；
-升沉补偿装置，其作用在提升绳索上，其中升沉补偿装置集成在所述提升绞盘中和/或设置成作用在所述提升绞盘和所述吊臂结构的末端部分中间的提升绳索上；以及
-控制单元。
所述运动补偿装置包括：
-底座构件，其可枢转地连接到吊臂结构的末端部分，以围绕基本水平的底座构件枢转轴线枢转，该底座构件枢转轴线平行于基本水平的吊臂枢转轴线；
-水平设定装置，其设置在所述吊臂结构与所述底座构件之间，并且适于将所述底座构件设置在调平位置；
-回转悬臂梁支撑构件，其固定到所述底座构件，以相对于处于所述调平位置的所述底座构件围绕竖直回转轴线回转；
-回转驱动装置，其连接到所述控制单元并且适于引起悬臂梁支撑构件围绕竖直回转轴线的受控回转运动；
-可直线移动悬臂梁，其由所述悬臂梁支撑构件经由一个或多个悬臂梁引导件支撑，所述悬臂梁引导件限定悬臂梁相对于所述悬臂梁支撑构件的直线运动路径，在所述底座构件处于所述调平位置时所述直线运动路径基本水平的延伸；以及
-悬臂梁驱动装置，其连接到所述控制单元并且适于引起所述悬臂梁相对于所述悬臂梁支撑构件的受控直线运动。
在此，悬臂梁承载有滑轮装置，滑轮装置具有前滑轮、后滑轮和第一引导滑轮，前滑轮在悬臂梁的前部，提升绳索从该前滑轮延伸到物体悬挂装置的滑轮，后滑轮远离所述前滑轮。所述第一引导滑轮设置成使得所述提升绳索从物体悬挂装置的滑轮经由第一引导滑轮延伸到悬臂梁支撑构件并且将提升绳索的终端而连接到悬臂梁支撑构件上。
此外所述悬臂梁支撑构件承载第二引导滑轮，所述提升绳索从所述第二引导滑轮延伸到悬臂梁上的后滑轮。第一引导滑轮和第二引导滑轮设置成使得在悬臂梁支撑构件上的第二引导滑轮与所述终端之间的提升绳索的长度基本恒定，与悬臂梁相对于悬臂梁支撑构件的直线位置无关。
控制单元提供波浪引起的运动补偿模式，其中操纵所述补偿装置的悬臂梁支撑构件的回转驱动装置和悬臂梁驱动装置以维持物体悬挂装置的预定X轴-Y轴位置。
升沉补偿装置可操作以补偿波浪引起的物体悬挂装置的Z轴运动。
当运动补偿装置安装到吊臂结构的末端部分时，由此建立的运动补偿靠近在起重机与物体悬挂装置之间延伸的提升绳索位置进行。在运动补偿期间，可以固定可回转上部结构围绕竖直回转轴线的角度定向和吊臂结构围绕吊臂枢转轴线的角度定向。这意味着与其中整个起重机或起重机的大部分移动的现有技术的解决方案相比，仅移动起重机的一小部分来用于补偿的目的。这样，所需的补偿驱动能力可以更小。
提升绞盘安装在上部结构上或吊臂结构上而不是运动补偿装置上的事实进一步减轻了起重机的运动部件的重量。特别是当要传递的负载增加时，提升绞盘将相应地增加重量，因此在提升绞盘设置在运动补偿装置上的情况下，提升绞盘的重量将需要不必要地增加用于运动补偿的驱动能力。
使用升沉补偿装置来补偿波浪引起的物体悬挂装置的Z轴运动，减少了运动补偿装置所需的复杂性，这是因为不再需要上下移动吊臂的末端部分或运动补偿装置(其一部分)以补偿波浪引起的Z轴运动。
根据本发明的第一方面的起重机的优点在于，由于将底座构件设置在调平位置，因此悬臂梁可以沿基本水平的直线运动路径移动，悬臂梁支撑构件上的第二引导滑轮与终端之间的提升绳索的长度基本恒定，而与悬臂梁相对于悬臂梁支撑构件的直线位置无关。然后波浪引起的水平运动补偿与波浪引起的竖直运动补偿失去关联，这是因为悬臂梁在水平平面中的运动基本上不会导致物体悬挂装置的竖直运动。
基本水平延伸的悬臂梁的另一个优点可以是，物体悬挂装置悬挂在距吊臂结构相对较大距离的悬臂梁上。因此，通过将运动补偿装置定位在海上船或结构上，同时吊臂结构与海上船或结构之间没有阻碍，因此可以将物体悬挂装置定位在海上船或结构(例如风力涡轮机或其一部分)上方，而起重机与海上船或结构之间或起重机运载船与海上船或结构之间碰撞的可能性较小。
另一个优点可以是在例如风力涡轮机的安装和维护期间允许波浪引起的船的运动。结果，船可以设计得更小，具有更容易操纵并因此更快地靠近另一船或结构定位的优点。结果可以附加地或替代地是船仍然可以在不太有利的天气和/或波浪条件下操作。
根据本发明的第一方面的起重机的又一个优点是运动补偿装置能够承载相对大的负载。
在一个实施方案中，所述水平设定装置连接到所述控制单元，其中所述控制单元被配置为至少在所述波浪引起的运动补偿模式的操作之前操作所述水平设定装置，以设定与承载运动补偿装置的吊臂结构部分的角度相对应的底座构件水平。其主要优点在于，悬臂梁的直线运动路径基本上是水平的，因此悬臂梁支撑构件的回转轴线基本上是竖直的，从而导致水平运动补偿和竖直运动补偿的基本上最佳的脱离关联。
在一个实施方案中，所述控制单元还配置成在所述波浪引起的运动补偿模式期间保持所述底座构件相对于吊臂部分静止。这可以降低水平设定装置的动态负载要求，从而增加可以承载的负载的重量。替代地，例如特别是对于相对小的负载，水平设定装置可以用于动态地保持底座构件在运动补偿期间被调平，这改善了水平运动补偿和竖直运动补偿之间的分离，但是可能减小起重机和运动补偿装置可以处理的重量。
在一个实施方案中，底座构件枢转轴线限定底座构件相对于吊臂结构的末端部分的唯一自由度。这可以导致吊臂结构的末端部分与底座构件之间的牢固连接。
在一个实施例中，升沉补偿装置是连接到控制单元的主动升沉补偿装置，例如与提升绞盘的转筒的马达驱动装置集成。升沉补偿装置也可以是被动升沉补偿，但是主动升沉补偿装置可以提供更好的控制可能性。
在一个实施方案中，悬臂梁支撑构件是悬臂，其中该悬臂后部通过回转支承部连接到底座构件，并且其中悬臂沿其向前的方向延伸。这允许沿着直线运动路径在所有位置有效地支撑悬臂梁。
在一个实施方案中，回转驱动装置包括一个或多个回转驱动马达，回转驱动马达驱动与回转齿轮环啮合的一个或多个小齿轮。
在一个实施方案中，悬臂梁驱动装置包括平行于悬臂梁延伸的一个或多个线性液压缸。
在一个实施方案中，吊臂结构是单个刚性且固定长度的吊臂，例如网格式吊臂。
在一个实施例中，起重机的提升能力为至少40公吨，优选地至少60公吨，更优选地至少80公吨，最优选地至少100公吨，例如至少120公吨。
在一个实施方案中，悬臂结构的长度为至少40m，优选地至少60m，更优选地至少80m，最优选地至少100m，例如至少120m。
本发明的第一方面还涉及一种包括根据本发明的第一方面的起重机的船。
在一个实施方案中，所述基座结构固定至所述船，使得所述基座结构与受到波浪引起运动的所述船形成单元。
在一个实施方案中，船是半潜船。例如，可以使用具有浮箱构造的半潜船，其中每个浮箱设置一个柱体，从而形成SWATH型船。或者，每个浮箱也可以设置多个柱体，例如每个浮箱设有两个或三个柱体，以形成更传统的半潜船。
在单体船上使用SWATH型船或半潜船的优点在于船的柱体的与水面相交的总横截面积较小。结果，与单体船相比，波浪引起的这种SWATH型船或半潜船的运动较小。然而，在所有情况下都不能完全消除波浪引起的运动。
在一个实施方案中，所述船是具有自升式支腿的自升式船，其中所述起重机是支腿围绕式起重机，其上部结构围绕自升式支腿回转。例如，本发明允许船在漂浮状态下操纵起重机，因此在提升操作期间受到波浪运动。
在一个实施例中，该船既是半潜船又是自升式船，其具有延伸穿过半潜船的相应柱体的自升式支腿。这具有的优点是，当条件不利于在漂浮状态下操纵船时，自升式支腿可以延伸以在自升式模式下操纵船。这增加了船的多功能性。
本发明的第一方面还涉及一种使用根据本发明的第一方面的起重机传递负载的方法。该方法包括以下步骤：
a)用物体悬挂装置从第一船或结构提升负载；
b)将负载定位在第二个船或结构上方；
c)将负载置于第二船或结构上，
其中在负载的提升和/或降低期间，至少当负载与相应的船或结构接触或接近时，控制单元以波浪引起的运动补偿模式操作，并且操作升沉补偿装置以补偿波浪引起的物体悬挂装置的运动。
在一个实施例中，控制单元至少在波浪引起的运动补偿模式下操作，并且至少操作升沉补偿装置以在负载在距相应船或结构预定距离范围内(例如在5m范围内，优选在10m范围内，更优选在20m范围内)时补偿波浪引起的物体悬挂装置的运动。
在一个实施方案中，在以波浪引起的运动补偿模式操作控制单元之前，通过水平设定装置将底座构件定位在对应于承载运动补偿装置的吊臂结构部分的角度调平位置上。
在一个实施例中，第一船是承载起重机的船。
在一个实施例中，第二船是承载起重机的船。
本发明的第一方面还涉及一种用于安装风力涡轮机的部件(例如风力涡轮机叶片、发电机、齿轮箱或机舱)或用于对所述部件进行维护的方法，其中使用根据本发明的第一方面的船。
在一个实施例中，在部件的安装或维护期间，船处于漂浮状态。
根据本发明的第二方面，提供一种对用在海上船上的对波浪引起的运动补偿的起重机，该起重机包括：
-基座结构，其适于安装在船上；
-可回转上部结构，其适于相对于基座结构围绕基本竖直的回转轴线回转；
-吊臂结构，其安装至上部结构并且所述吊臂结构的第一端可枢转地被连接以相对于上部结构围绕基本水平的吊臂枢转轴线枢转；
-运动补偿装置，其安装至所述吊臂结构的末端部分；
-提升绞盘、提升绳索和从所述提升绳索悬挂的物体悬挂装置，其中所述提升绞盘安装在所述可回转上部结构上或所述吊臂结构上，并且其中所述提升绳索从提升绞盘延伸到吊臂结构的末端部分，然后沿着所述运动补偿装置延伸到所述物体悬挂装置；
-升沉补偿装置，其作用在提升绳索上，其中升沉补偿装置集成在所述提升绞盘中和/或设置成作用在所述提升绞盘与所述吊臂结构的末端部分中间的提升绳索上；以及
-控制单元。
所述运动补偿装置包括：
-底座构件，其可枢转地连接到吊臂结构的末端部分，以围绕基本水平的底座构件枢转轴线枢转，该底座构件枢转轴线平行于基本水平的吊臂枢转轴线；
-水平设定装置，其设置在所述吊臂结构与所述底座构件之间，并且适于将所述底座构件设置在调平位置；
-悬臂梁支撑构件，其固定至底座构件；
-可直线移动悬臂梁，其由所述悬臂梁支撑构件经由一个或多个悬臂梁引导件支撑，所述悬臂梁引导件限定悬臂梁相对于所述悬臂梁支撑构件的直线运动路径，在所述底座构件处于所述调平位置时所述直线运动路径基本水平的延伸；以及
-悬臂梁驱动装置，其连接到所述控制单元并且适于引起所述悬臂梁相对于所述悬臂梁支撑构件的受控直线运动。
在此，所述悬臂梁承载滑轮装置，所述滑轮装置具有前滑轮、后滑轮和第一引导滑轮，所述前滑轮在所述悬臂梁的前部处，所述提升绳索从所述前滑轮延伸至所述物体悬挂装置的滑轮，所述后滑轮远离所述前滑轮，所述第一引导滑轮设置成使得所述提升绳索从所述物体悬挂装置的滑轮经由所述第一引导滑轮延伸到所述悬臂梁支撑构件并且将终端连接至所述悬臂梁支撑构件，
此外所述悬臂梁支撑构件承载第二引导滑轮，所述提升绳索从所述第二引导滑轮延伸到悬臂梁上的后滑轮。
第一引导滑轮和第二引导滑轮设置成使得在悬臂梁支撑构件上的第二引导滑轮与所述终端之间的提升绳索的长度基本恒定，与悬臂梁相对于悬臂梁支撑构件的直线位置无关。
控制单元提供波浪引起的运动补偿模式，其中操作补偿装置的悬臂梁驱动装置以在平行于直线运动路径的方向上保持物体悬挂装置的预定位置。
升沉补偿装置可操作以补偿波浪引起的物体悬挂装置的Z轴运动。
本发明的第二方面还涉及一种包括这种起重机的船和一种使用这种起重机或船传递负载的方法。本发明的第二方面还涉及一种用于安装风力涡轮机的部件(例如风力涡轮机叶片、发电机、齿轮箱或机舱)或用于对所述部件进行维护的方法，其中使用根据本发明的第二方面的船，其中船优选地处于漂浮状态。
根据本发明的第三方面，提供一种起重机，包括：
-基座结构，其适于安装在船或结构上；
-上部结构，其设置成相对于基座结构围绕基本竖直的回转轴线回转；
-吊臂结构，其第一端可枢转地安装至上部结构以相对于上部结构围绕基本水平的吊臂枢转轴线枢转；
-运动补偿装置，其安装至所述吊臂结构的相对所述第一端的末端部分；
-提升绞盘、提升绳索和悬挂在所述提升绳索上的物体悬挂装置，其中提升绳索至少沿运动补偿装置延伸到物体悬挂装置；
-升沉补偿装置，其作用在提升绳索上；以及
-控制单元。
其中所述运动补偿装置包括：
-底座构件，其安装至所述吊臂结构的末端部分；
-悬臂梁，其安装至底座构件，其中悬臂梁可相对于底座构件围绕基本竖直的回转轴线回转，其中悬臂在基本水平的方向上远离基本竖直的回转轴线延伸，其中提升绳索在所述悬臂梁上的提升位置与所述物体悬挂装置之间延伸，所述物体悬挂装置与所述基本竖直的回转轴线相距一定距离，并且其中所述距离是可调节的。
在此，控制单元提供波浪引起的运动补偿模式，其中悬臂梁回转，并且调节所述距离以维持物体悬挂装置的预定X轴-Y轴位置。
升沉补偿装置可操作以补偿波浪引起的物体悬挂装置的Z轴运动。
在一个实施方案中，通过移动整个悬臂梁可调节该距离，例如关于本发明的第一方面所描述的。然而，所述距离也可以通过提供可移动的滑轮或滑轮组或通过提供伸缩式悬臂梁来调节。
本发明的第三方面还涉及一种包括这种起重机的船和一种使用这种起重机或船传递负载的方法。本发明的第三方面还涉及一种用于安装风力涡轮机的部件(例如风力涡轮机叶片、发电机、齿轮箱或机舱)或用于对所述部件进行维护的方法，其中使用根据本发明的第三方面的船，船优选处于漂浮状态。
本发明的第四方面涉及一种用在海上船上的对波浪和/或风引起的运动补偿的起重机，该起重机包括：
-基座结构，其适于安装在船上；
-上部结构，例如可回转上部结构，其适于相对于基座结构围绕基本竖直的回转轴线回转；
-吊臂结构，其安装至上部结构并且吊臂结构的第一端可枢转地被连接以相对于上部结构围绕基本水平的吊臂枢转轴线枢转；
-运动补偿装置，其安装至所述吊臂结构的一部分(例如末端部分)；
-提升绞盘、提升绳索和从所述提升绳索悬挂的物体悬挂装置，其中所述提升绞盘安装在所述可回转上部结构上或所述吊臂结构上，并且其中所述提升绳索从提升绞盘延伸到吊臂结构的末端部分，然后沿着所述运动补偿装置延伸到所述物体悬挂装置；
-可选地，升沉补偿装置，其作用在提升绳索上，其中升沉补偿装置集成在所述提升绞盘中和/或设置成作用在所述提升绞盘与所述吊臂结构的末端部分中间的提升绳索上；以及
-控制单元，
其中所述运动补偿装置包括：
o底座构件，其可移动地(例如可枢转地)连接到吊臂结构的一部分，例如以围绕基本水平的底座构件枢转轴线枢转，该底座构件枢转轴线平行于基本水平的吊臂枢转轴线；
o水平设定装置，其设置在所述吊臂结构与所述底座构件之间，并且适于将所述底座构件设置在调平位置；
o回转悬臂梁支撑构件，其固定到所述底座构件，以相对于处于所述调平位置的所述底座构件围绕竖直回转轴线回转；
o回转驱动装置，其连接到所述控制单元并且适于引起悬臂梁支撑构件围绕回转轴线的受控回转运动；
o可直线移动悬臂梁，其由所述悬臂梁支撑构件经由一个或多个悬臂梁引导件支撑，所述悬臂梁引导件限定悬臂梁相对于所述悬臂梁支撑构件的直线运动路径，在所述底座构件处于所述调平位置时所述直线运动路径基本水平的延伸；
o悬臂梁驱动装置，其连接到所述控制单元并且适于引起所述悬臂梁相对于所述悬臂梁支撑构件的受控直线运动；
其中所述悬臂梁承载滑轮装置，所述滑轮装置具有前滑轮、后滑轮和第一引导滑轮，所述提升绳索从所述前滑轮延伸至所述物体悬挂装置的滑轮，所述后滑轮远离所述前滑轮，所述第一引导滑轮设置成使得所述提升绳索从所述物体悬挂装置的滑轮经由所述第一引导滑轮延伸到所述悬臂梁支撑构件并且将终端连接至所述悬臂梁支撑构件，
此外所述悬臂梁支撑构件承载第二引导滑轮，所述提升绳索从所述第二引导滑轮延伸到悬臂梁上的后滑轮，
其中，优选地，第一引导滑轮和第二引导滑轮设置成使得在悬臂梁支撑构件上的第二引导滑轮与所述终端之间的提升绳索的长度基本恒定，与悬臂梁相对于悬臂梁支撑构件的直线位置无关，
其中控制单元提供波浪引起的运动补偿模式，其中操纵补偿装置的悬臂梁支撑构件的回转驱动装置和悬臂梁驱动装置以维持物体悬挂装置的预定X轴-Y轴位置，
并且其中可选地提供的升沉补偿装置(当存在时)可操作以补偿波浪引起的物体悬挂装置的Z轴运动。
显而易见的是，在适当的情况下，本发明的第一方面的特征和实施方案可以容易地与本发明的第二、第三和第四方面中的任何一个相结合，反之亦然。此外，关于在本发明的第三方面中可调节的距离所述描述的特征和实施方案可以用在本发明的第一和第二方面中，而不是移动整个悬臂梁。
附图说明
现在将参考附图以非限制性方式描述本发明，其中相同的部件用相同的附图标记表示，并且其中：
图1示意性地描绘了包括位于风力涡轮机旁边的起重机的船的侧视图；
图2示意性地描绘了图1的船和部分起重机的前视图；
图3示意性地描绘了图1的船、起重机和风力涡轮机的立体图；
图4示意性地描绘了图1的起重机的运动补偿装置的侧视图；
图5示意性地描绘了图1的起重机中的提升绳索的穿设；
图6以侧视图示意性地描绘了图4的运动补偿装置的悬臂梁的几个位置；
图7以俯视图示意性地描绘了图4的运动补偿装置的悬臂梁的几个位置；
图8示意性地描绘了图4的运动补偿装置的立体图。
具体实施方式
在图1至图3中，示意性地描绘了船1。示例性的船1包括两个长形的浮箱2、3和平台或甲板箱4，平台或甲板箱4由两个浮箱2、3通过两个相应的柱体5、6支撑。尽管在图中描绘了每个浮箱的单个柱体，从而产生SWATH型船，但是显然可以提供其他构造，例如其中每个浮箱设置两个或三个柱体，从而产生更常规的半潜船，这也是可行的和可设想的。
如前所述，SWATH型船或半潜船优于传统单体船的优点在于，在SWATH型船或半潜船中柱体的与水面7相交的总横截面积小于传统单体船的与水面相交的总横截面积，使得这种SWATH型船或半潜船的波浪引起的运动与单体船相比更小。然而，在所有情况下都不能完全消除波浪引起的运动。
船1承载起重机10，该起重机10适于执行海上提升操作，在这种情况下涉及风力涡轮机100。
起重机10包括基座结构20、可回转上部结构30、吊臂结构40、运动补偿装置50、提升系统、升沉补偿装置和控制单元。
基座结构20适于安装或安装在船1上，在这种情况下，通过固定至所述船1，使所述基座结构20与受到波浪引起运动的船1形成单元。
从图2和图3中可以最佳地看出，基座结构20这里设置在船的上甲板4a的角落处，为其他设备或部件留出尽可能多的空间，例如以允许船运输风力涡轮机部件(例如风力涡轮机塔架、风力涡轮机叶片、机舱、齿轮箱和/或发电机)，因此免除了另一运输船的使用。
可回转上部结构30适于相对于基座结构20围绕基本竖直的回转轴线31回转。回转轴线31可以在图2中最佳地看出。为了允许上部结构30相对于基座结构围绕回转轴线31回转，可以在基座结构20与上部结构30之间设置回转支承部32。
吊臂结构40可枢转地安装到上部结构30，吊臂结构40的第一端41相对于上部结构30围绕基本水平的吊臂枢转轴线42枢转。在该实施方案中，吊臂结构是网格式吊臂形式的单个刚性且为固定长度的吊臂。
然而，在一个替代实施方案中，吊臂结构可以包括主吊臂部段和悬臂部段，主吊臂部段可枢转地安装到上部结构30以围绕基本水平的吊臂枢转轴线42枢转，悬臂部段围绕基本水平的悬臂枢转轴线枢转地安装到主吊臂部段。
优选地，主吊臂部段包括吊臂构件、主吊臂支杆和吊臂拉杆，所述吊臂构件的下端可枢转地安装到上部结构以围绕基本水平的吊臂枢转轴线枢转，所述主吊臂支杆的端部安装到吊臂构件的上端并且基本垂直于吊臂构件延伸，所述吊臂拉杆在主吊臂支杆与吊臂构件的下部之间延伸，其中悬臂部段优选地包括悬臂构件、悬臂支杆和悬臂拉杆，悬臂构件的下端可枢转地安装到吊臂构件的上端以围绕基本水平的悬臂枢转轴线枢转，悬臂支杆的端部安装到悬臂构件的下端并且基本垂直于悬臂构件延伸，而所述悬臂拉杆在悬臂支杆与悬臂构件之间延伸，其中在主吊臂支杆与吊臂支杆之间设置可变长度拉杆机构，以设定悬臂构件与吊臂构件之间的角度。
设置起重机吊臂起落组件以设定吊臂结构40相对于上部结构的角度。起重机吊臂起落组件包括安装到上部结构的起重机吊臂起落绞盘33和在上部结构30与吊臂结构40的末端部分43之间延伸的起重机吊臂起落绳索34。在吊臂结构包括主吊臂部段和悬臂部段的情况下，起重机吊臂起落绳索优选地在上部结构30与主吊臂部段的上端之间延伸。
在图1中，包括运动补偿装置和起重机吊臂起落绳索34的吊臂结构40也被示出处于停用位置，在该位置上吊臂结构40基本上是水平的并且由船支撑在距吊臂枢转轴线42一定距离处。
由于船1的波浪引起的运动，吊臂结构40的末端部分43将相对于风力涡轮机100进行不期望地移动。当起重机例如用于安装或移除风力涡轮机塔架110顶部的部件(例如机舱、风力涡轮机叶片120、齿轮箱和/或发电机)时，起重机10的这些不期望的运动将使该操作成为对这种船1的挑战。
提供运动补偿装置50以尽可能多地补偿波浪引起的船的运动，以便成功地执行这种操作。运动补偿装置50安装至吊臂结构40的末端部分43，并且例如在图4和图6至图8中更详细地描述。下面将参考这些附图更详细地描述运动补偿装置50。
如图5中示意性地描绘的，提升系统包括提升绞盘60、提升绳索61和由所述提升绳索61悬挂的物体悬挂装置62。在该实施方案中，提升绞盘60安装在上部结构30的内部，使得提升绳索61从提升绞盘60沿着吊臂结构40和运动补偿装置50延伸到物体悬挂装置62。稍后将更详细地描述图5。
现在再次参照图4和图6至图8，该实施方案中的升沉补偿装置是集成在提升绞盘60中的主动升沉补偿装置，以通过提升绞盘60作用在提升绳索61上。可替代地，升沉补偿装置可以设置成作用在提升绞盘60和吊臂结构40的末端部分43中间的提升绳索61上。而且，升沉补偿装置还可以是被动升沉补偿装置，而不是主动升沉补偿装置。
控制单元70连接到升沉补偿装置，如图5中示意性描绘的，并连接到运动补偿装置50，如图4中示意性描绘的。可以在下面找到其更详细的描述。
运动补偿装置50包括底座构件51、水平设定装置52、回转悬臂梁支撑构件53、回转驱动装置54、可直线移动悬臂梁55和悬臂梁驱动装置56。
底座构件51可枢转地连接到吊臂结构40的末端部分43，以围绕基本水平的底座构件枢转轴线51a枢转，该底座构件枢转轴线51a平行于基本水平的吊臂枢转轴线42。在该实施方案中，底座构件枢转轴线51a限定底座构件51相对于吊臂结构40的末端部分43的唯一自由度。
在该实施方案中，由两个液压致动器52形成的水平设定装置52设置在吊臂结构40与底座构件51之间，并且适于设定底座构件51围绕底座构件枢转轴线51a的角度定向，从而允许根据承载运动补偿装置的吊臂结构部分的角度定向而将底座构件设置在调平位置上。
回转悬臂梁支撑构件53固定到底座构件51，以相对于所述底座构件51围绕竖直回转轴线53a回转。在该实施方案中，悬臂梁支撑构件53是悬臂，其中悬臂梁支撑构件的后部通过回转支承部53b连接到底座构件51，并且其中悬臂沿箭头A所示的向前方向延伸。
回转驱动装置54连接到控制单元70并且适于引起悬臂梁支撑构件53围绕回转轴线53a的受控回转运动。在该实施方案中，回转驱动装置包括一个或多个回转驱动马达54，该回转驱动马达54驱动与回转齿轮环啮合的一个或多个小齿轮。
可直线移动悬臂梁55由悬臂梁支撑构件53经由一个或多个悬臂梁引导件57支撑，该悬臂梁引导件57限定悬臂梁55相对于悬臂梁支撑构件53的直线运动路径。
悬臂梁驱动装置56连接到控制单元70并且适于引起悬臂梁55相对于悬臂梁支撑构件53的受控直线运动。在该实施方案中，悬臂梁驱动装置56包括平行于悬臂梁55延伸的线性液压缸56。
悬臂梁55承载带有前滑轮80、后滑轮82和第一引导滑轮83的滑轮装置。除了图4和图6至图8之外，图5也示意性地描绘了该滑轮装置和提升绳索61的穿设。
前滑轮80设置在悬臂梁55的前部，提升绳索61从悬臂梁55的前部延伸到物体悬挂装置62的滑轮81。后滑轮82远离前滑轮80设置。第一引导滑轮83设置成使得所述提升绳索61从物体悬挂装置62的滑轮81经由第一引导滑轮83延伸到悬臂梁支撑构件53并且将终端61a连接到悬臂梁支撑构件53上。在该实施方案中，第一引导滑轮83设置成使得提升绳索61的终端部分61a平行于悬臂梁55和相关的直线运动路径延伸。
悬臂梁支撑构件53承载第二引导滑轮84，所述提升绳索从第二引导滑轮84延伸到悬臂梁55上的后滑轮82。在该实施方案中，第二引导滑轮84设置成使得第二引导滑轮84与后滑轮之间的提升绳索部分平行于悬臂梁55延伸。此外，在该特定实施方案中，第一引导滑轮83和第二引导滑轮84在沿着直线运动路径的悬臂梁的所有位置中设置在前滑轮80与后滑轮82之间。
悬臂梁支撑构件上的滑轮和悬臂梁上的滑轮的构造与提升绳索的终端连接到悬臂梁支撑构件的事实相结合，这使得悬臂梁支撑构件53上的第二引导滑轮84与终端61a之间的提升绳索的长度基本上恒定，而与悬臂梁相对于悬臂梁支撑构件的直线位置无关。
优选地，与所示实施方案中的情况一样，在滑轮87和第二引导滑轮84之间的提升绳索部分与回转轴线53a重合，使得悬臂梁支撑构件围绕回转轴线53a回转并不会导致物体悬挂装置的Z轴运动。
控制单元70提供波浪引起的运动补偿模式，其中操纵悬臂梁支撑构件54的回转驱动装置54和补偿装置50的悬臂梁驱动装置56以维持物体悬挂装置的预定X轴-Y轴位置。该X轴-Y轴位置可以是相对于固定地面的绝对位置，但也可以是相对于另一船的相对位置。
至少在波浪引起的运动补偿模式期间，但是优选地也在控制单元的其他模式期间，升沉补偿装置可操作以补偿物体悬挂装置的波浪引起的Z轴运动。
如前所述，提升绞盘60位于上部结构30内部。如可以从图5中的提升绳索61的穿设的示意图中验证的那样，提升绳索的一个终端卷围绕在提升绞盘60的转筒上。然后，提升绳索从提升绞盘60延伸到上部结构的上端处的滑轮85，该滑轮85也在图1中示出并指出。提升缆索61还从滑轮85延伸到吊臂结构40的下端处的滑轮86。然后，提升绳索延伸穿过吊臂结构40并沿着悬臂结构40延伸到吊臂结构的上端处的滑轮87，该滑轮将提升绳索引导向第二引导滑轮84。
图6和图7分别描绘了运动补偿装置的侧视图和俯视图，其中悬臂梁沿着直线运动路径处于不同的位置并且处于围绕回转轴线53a的不同角度位置。在如图7中最佳地示出的水平平面图中，这引起X轴-Y轴中的水平运动补偿范围，如虚线组成部分59所示。
当船用于传递负载时，例如用于安装风力涡轮机部件或用于对所述风力涡轮机部件进行维护，起重机可以首先相对于第一船或结构定位。当相对于第一船定位时，第一船可以是承载起重机的船，但也可以是另一船。当相对于第一结构定位时，第一结构可以是风力涡轮机或其一部分、用于风力涡轮机的基座，但是也例如可以是固定平台。
可以从具有物体悬挂装置的第一船或结构提升负载，之后负载可以定位在第二船或结构上方，例如在海上风力涡轮机的机舱中或机舱上。第二船也可以是承载起重机的船，但也可以是另一船。第二结构可以是风力涡轮机或其一部分、用于风力涡轮机的基座或固定平台。然后可以将负载降低到第二船或结构上。
当在承载起重机的船与第一船或结构之间和/或在承载起重机的船与第二船或结构之间存在相对的波浪引起的运动时，控制单元以波浪引起的运动补偿模式进行操作并且至少当负载与相应的第一或第二船或结构接触或靠近时，操作升沉补偿装置以补偿物体悬挂装置的波浪引起的运动。
尽管上述实施方案描述了具有单个滑轮的滑轮装置，但是在实施方案中也可以具有多个滑轮，这些滑轮在一个或多个滑轮位置处具有重合的滑轮旋转轴线，这取决于要承载的负载。因此，例如，可以在吊臂梁与物体悬挂装置之间提供包括多个滑轮的多重布置。
尽管所示的船是非自升式船，但在实施方案中还设想船包括自升式支腿，其允许将船定位在海床上并且将船至少部分地举升到水体外，使得在自升式支腿不延伸的情况下从而起重机在运动补偿装置无法充分补偿波浪引起的船的运动的条件下也可以被使用。
尽管在所示的示例中，吊臂梁可沿两个方向移动，即通过能够围绕回转轴线回转并且通过沿直线运动路径平移，但是在实施方案中也设想悬臂梁仅可沿直线运动路径移动而不提供回转可能性，或者应当通过回转上部结构来提供回转可能性。在那种情况下，根据本发明的第二方面提供起重机和船。此外，尽管仅示出了悬臂梁是可平移的，但是使用可伸缩悬臂梁或通过提供可移动的滑轮或滑轮组也可以获得相同的功能。在那种情况下，根据本发明的第三方面提供起重机和船。

Claims (17)

1.一种用在海上船(1)上的对波浪引起的运动补偿的起重机(10)，所述起重机包括：
-基座结构(20)，其适于安装在船上；
-可回转上部结构(30)，其适于相对于所述基座结构围绕基本竖直的回转轴线(31)回转；
-吊臂结构(40)，其安装至所述上部结构并且所述吊臂结构的第一端(41)能够枢转地被连接以相对于上部结构围绕基本水平的吊臂枢转轴线枢转；
-运动补偿装置(50)，其安装至所述吊臂结构的末端部分(43)；
-提升绞盘(60)、提升绳索(61)和由所述提升绳索悬挂的物体悬挂装置(62)，其中所述提升绞盘安装在所述可回转上部结构上或所述吊臂结构上，并且其中所述提升绳索(61)从提升绞盘延伸到吊臂结构的末端部分，然后沿着所述运动补偿装置(50)延伸到所述物体悬挂装置；
-升沉补偿装置，其作用在提升绳索上，其中升沉补偿装置集成在所述提升绞盘(60)中和/或设置成作用在介于所述提升绞盘和所述吊臂结构的末端部分的中间的提升绳索上；以及
-控制单元(70)，
其中运动补偿装置包括：
o底座构件(51)，其能够枢转地连接到吊臂结构的末端部分(43)，以围绕基本水平的底座构件枢转轴线(51a)枢转，该底座构件枢转轴线(51a)平行于基本水平的吊臂枢转轴线；
o水平设定装置(52)，其设置在所述吊臂结构与所述底座构件之间，并且适于将所述底座构件设置在调平位置；
o回转悬臂梁支撑构件(53)，其固定到所述底座构件(51)，以相对于处于所述调平位置的所述底座构件围绕竖直回转轴线(53a)回转；
o回转驱动装置(54)，其连接到所述控制单元(70)并且适于引起悬臂梁支撑构件围绕竖直回转轴线的受控回转运动；
o可直线移动悬臂梁(55)，其由所述悬臂梁支撑构件(53)经由一个或多个悬臂梁引导件(57)支撑，所述悬臂梁引导件(57)限定悬臂梁相对于所述悬臂梁支撑构件的直线运动路径，在所述底座构件(51)处于所述调平位置时所述直线运动路径基本水平的延伸；
o悬臂梁驱动装置(56)，其连接到所述控制单元并且适于引起所述悬臂梁相对于所述悬臂梁支撑构件的受控直线运动；
其中，所述悬臂梁承载滑轮装置，所述滑轮装置具有前滑轮(80)、后滑轮(82)和第一引导滑轮(83)，所述前滑轮(80)在所述悬臂梁的前部处，所述提升绳索(61)从所述前滑轮延伸至所述物体悬挂装置的滑轮，所述后滑轮(82)远离所述前滑轮，并且所述第一引导滑轮(83)设置成使得所述提升绳索从所述物体悬挂装置的滑轮(81)经由所述第一引导滑轮(83)延伸到所述悬臂梁支撑构件(53)并且所述提升绳索的终端连接至所述悬臂梁支撑构件(53)，
其中，所述悬臂梁支撑构件(53)承载第二引导滑轮(84)，所述提升绳索(61)从所述第二引导滑轮(84)延伸到悬臂梁上的后滑轮(82)，
其中第一引导滑轮和第二引导滑轮(83、84)设置成使得在悬臂梁支撑构件上的第二引导滑轮(84)与所述终端(61a)之间的提升绳索(61)的长度基本恒定，与悬臂梁相对于悬臂梁支撑构件的直线位置无关，
其中控制单元(70)提供波浪引起的运动补偿模式，其中操纵补偿装置的悬臂梁支撑构件的回转驱动装置(54)和悬臂梁驱动装置(56)以维持物体悬挂装置的预定X轴-Y轴位置，
并且所述升沉补偿装置能够操作以补偿所述物体悬挂装置的波浪引起的Z轴运动。
2.根据权利要求1所述的起重机，其中，所述水平设定装置(52)连接到所述控制单元(70)，并且其中所述控制单元被配置为至少在所述波浪引起的运动补偿模式的操作之前操作所述水平设定装置，以设定与承载运动补偿装置(50)的吊臂结构部分的角度相对应的底座构件(51)水平。
3.根据权利要求2所述的起重机，其中，所述控制单元(70)还配置成在所述波浪引起的运动补偿模式期间保持所述底座构件(51)相对于吊臂部分静止。
4.根据权利要求1所述的起重机，其中，所述底座构件枢转轴线(51a)限定所述底座构件相对于吊臂结构的末端部分(43)的唯一自由度。
5.根据权利要求1所述的起重机，其中，所述升沉补偿装置是连接到所述控制单元(70)的主动升沉补偿装置(60)。
6.根据权利要求1所述的起重机，其中，所述悬臂梁支撑构件(53)是悬臂，其中所述悬臂的后部通过回转支承部连接到所述底座构件，并且其中所述悬臂在其向前的方向上延伸。
7.根据权利要求1所述的起重机，其中，所述回转驱动装置(54)包括一个或多个回转驱动马达，所述回转驱动马达驱动与回转齿轮环啮合的一个或多个小齿轮。
8.根据权利要求1所述的起重机，其中，所述悬臂梁驱动装置(56)包括平行于所述悬臂梁延伸的一个或多个线性液压缸。
9.根据权利要求1所述的起重机，其中，所述吊臂结构(40)是单个刚性且固定长度的吊臂。
10.一种船(1)，包括根据权利要求1所述的起重机。
11.根据权利要求10所述的船，其中，所述基座结构(2)固定至所述船，使得所述基座结构与受到波浪引起运动的所述船形成单元。
12.根据权利要求10或11所述的船，其中，所述船(1)是半潜船。
13.根据权利要求10所述的船，其中，所述船是具有自升式支腿的自升式船，并且其中所述起重机是支腿环绕式起重机，其上部结构围绕自升式支腿回转。
14.一种使用根据权利要求1所述的起重机传递负载的方法，所述方法包括以下步骤：
a.用物体悬挂装置从第一船或结构提升负载；
b.将负载定位在第二船或结构上方；
c.将负载降低到第二船或结构上，
其中在负载的提升和/或降低期间，至少当负载与相应的船或结构接触或接近时，控制单元(70)以波浪引起的运动补偿模式操作，并且操作升沉补偿装置以补偿物体悬挂装置的波浪引起的运动。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，在以波浪引起的运动补偿模式操作控制单元(70)之前，通过水平设定装置将底座构件定位在对应于承载运动补偿装置的吊臂结构部分的角度的调平位置上。
16.一种用在海上船(1)上的对波浪引起的运动补偿的起重机(10)，所述起重机包括：
-基座结构(20)，其适于安装在船上；
-可回转上部结构(30)，其适于相对于所述基座结构围绕基本竖直的回转轴线(31)回转；
-吊臂结构(40)，其安装至所述上部结构并且所述吊臂结构的第一端(41)能够枢转地被连接以相对于上部结构围绕基本水平的吊臂枢转轴线枢转；
-运动补偿装置(50)，其安装至所述吊臂结构的末端部分(43)；
-提升绞盘(60)、提升绳索(61)和由所述提升绳索悬挂的物体悬挂装置(62)，其中所述提升绞盘安装在所述可回转上部结构上或所述吊臂结构上，并且其中所述提升绳索从提升绞盘延伸到吊臂结构的末端部分，然后沿着所述运动补偿装置(50)延伸到所述物体悬挂装置；
-升沉补偿装置，其作用在提升绳索上，其中升沉补偿装置集成在所述提升绞盘(60)中和/或设置成作用在介于所述提升绞盘和所述吊臂结构的末端部分的中间的提升绳索上；以及
-控制单元(70)，
其中运动补偿装置包括：
-底座构件(51)，其能够枢转地连接到吊臂结构的末端部分(43)，以围绕基本水平的底座构件枢转轴线(51a)枢转，该底座构件枢转轴线(51a)平行于基本水平的吊臂枢转轴线；
-水平设定装置(52)，其设置在所述吊臂结构与所述底座构件之间，并且适于将所述底座构件设置在调平位置；
-回转悬臂梁支撑构件(53)，其固定到所述底座构件；
-可直线移动悬臂梁(55)，其由所述悬臂梁支撑构件(53)经由一个或多个悬臂梁引导件(57)支撑，所述悬臂梁引导件(57)限定悬臂梁相对于所述悬臂梁支撑构件的直线运动路径，在所述底座构件处于所述调平位置时所述直线运动路径基本水平的延伸；以及
-悬臂梁驱动装置(56)，其连接到所述控制单元并且适于引起所述悬臂梁相对于所述悬臂梁支撑构件的受控直线运动；
其中，所述悬臂梁承载滑轮装置，所述滑轮装置具有前滑轮(80)、后滑轮(82)和第一引导滑轮(83)，所述前滑轮(80)在所述悬臂梁的前部处，所述提升绳索(61)从所述前滑轮延伸至所述物体悬挂装置的滑轮，所述后滑轮(82)远离所述前滑轮，并且所述第一引导滑轮(83)设置成使得所述提升绳索从所述物体悬挂装置的滑轮(81)经由所述第一引导滑轮(83)延伸到所述悬臂梁支撑构件(53)并且所述提升绳索的终端连接至所述悬臂梁支撑构件(53)，
其中，所述悬臂梁支撑构件承载第二引导滑轮(84)，所述提升绳索从所述第二引导滑轮(84)延伸到悬臂梁(55)上的后滑轮(82)，
其中第一引导滑轮和第二引导滑轮(83、84)设置成使得在悬臂梁支撑构件上的第二引导滑轮与所述终端之间的提升绳索的长度基本恒定，与悬臂梁相对于悬臂梁支撑构件的直线位置无关，
其中控制单元提供波浪引起的运动补偿模式，其中操纵悬臂梁驱动装置(56)以维持物体悬挂装置在平行于直线运动路径的方向上的预定位置，
并且所述升沉补偿装置能够操作以补偿所述物体悬挂装置的波浪引起的Z轴运动。
17.一种用在海上船(1)上的对波浪引起的运动补偿的起重机(10)，所述起重机包括：
-基座结构(20)，其适于安装在船上；
-可回转上部结构(30)；
-吊臂结构(40)，其安装至所述上部结构并且所述吊臂结构的第一端(41)能够枢转地被连接以相对于上部结构围绕基本水平的吊臂枢转轴线枢转；
-运动补偿装置(50)，其安装至所述吊臂结构的末端部分(43)；
-提升绞盘(60)、提升绳索(61)和由所述提升绳索悬挂的物体悬挂装置(62)，其中所述提升绞盘安装在所述可回转上部结构上或所述吊臂结构上，并且其中所述提升绳索从提升绞盘延伸到吊臂结构的末端部分，然后沿着所述运动补偿装置延伸到所述物体悬挂装置；以及
-控制单元(70)，
其中运动补偿装置包括：
-底座构件(51)，其能够移动地连接到吊臂结构的末端部分(43)；
-水平设定装置(52)，其设置在所述吊臂结构与所述底座构件之间，并且适于将所述底座构件设置在调平位置；
-回转悬臂梁支撑构件(53)，其固定到所述底座构件(51)以相对于处于所述调平位置的所述底座构件围绕竖直回转轴线(53a)回转；
-回转驱动装置(54)，其连接到所述控制单元(70)并且适于引起悬臂梁支撑构件围绕竖直回转轴线的受控回转运动；
-可直线移动悬臂梁(55)，其由所述悬臂梁支撑构件(53)经由一个或多个悬臂梁引导件(57)支撑，所述悬臂梁引导件(57)限定悬臂梁相对于所述悬臂梁支撑构件的直线运动路径，在所述底座构件(51)处于所述调平位置时所述直线运动路径基本水平的延伸；
-悬臂梁驱动装置(56)，其连接到所述控制单元并且适于引起所述悬臂梁相对于所述悬臂梁支撑构件的受控直线运动；
其中，所述悬臂梁承载滑轮装置，所述滑轮装置具有前滑轮(80)、后滑轮(82)和第一引导滑轮(83)，所述提升绳索(61)从所述前滑轮延伸至所述物体悬挂装置的滑轮，所述后滑轮(82)远离所述前滑轮，并且所述第一引导滑轮(83)设置成使得所述提升绳索从所述物体悬挂装置的滑轮经由所述第一引导滑轮(83)延伸到所述悬臂梁支撑构件(53)并且所述提升绳索的终端连接至所述悬臂梁支撑构件(53)，
其中，所述悬臂梁支撑构件(53)承载第二引导滑轮(84)，所述提升绳索从所述第二引导滑轮(84)延伸到悬臂梁上的后滑轮(82)，
其中控制单元(70)提供波浪引起的运动补偿模式，其中操纵补偿装置的悬臂梁支撑构件(53)的回转驱动装置(54)和悬臂梁驱动装置(56)以维持物体悬挂装置的预定X轴-Y轴位置。
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