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CN110300700B - 与水面船舶上的起重机一起使用的系统 - Google Patents

与水面船舶上的起重机一起使用的系统 Download PDF

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CN110300700B
CN110300700B CN201880008780.0A CN201880008780A CN110300700B CN 110300700 B CN110300700 B CN 110300700B CN 201880008780 A CN201880008780 A CN 201880008780A CN 110300700 B CN110300700 B CN 110300700B
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布德维金·卡斯珀·杨
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Mechanical Equipment Holding Co ltd
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Abstract

本发明涉及一种与水面船舶(3)上的起重机(4)一起使用的系统(1)，其包括被附接或可附接到起重机(4)的提升钢丝绳(5)的起重机工具(15)和被附接或可附接到一个或多个工具(11‑14，25)用于执行操作的或到一个或多个部件(2，10)的一个或多个适配器(16)，起重机工具(15)包括连接器(17)，至少一个适配器(16)包括连接器配对件(18)。

Description

与水面船舶上的起重机一起使用的系统
技术领域
本发明涉及一种与水面船舶例如轮船或自升式驳船上的起重机一起使用的系统，以及一种用于安装陆上装置或海上装置例如风力涡轮机的地基的方法。
背景技术
典型的海上起重机有一组吊索连接到例如工具(设备)或部件例如打桩设备和地基部件上的挂钩。为了更换工具或部件，必须将主起重机吊钩降低到甲板平面以连接和断开吊索，此外，需要至少三个工作人员来连接(断开)吊索，并且花费很多时间和占用很多甲板空间。在放置或使用工具或部件之后，典型地将吊索放回到甲板上。
而且，由于将起重机吊钩降低到甲板平面，提升钢丝绳和钢丝绳绞盘受到相当大的磨损，特别是当起重机吊钩从甲板上抬起而没有负载时。这例如发生在当工具例如减噪屏或NMS或部件的吊索被抬起相当大的垂直距离直至它们紧绷时。更换起重钢丝绳非常昂贵且耗时。
发明内容
本发明的一个目的是在安装海上装置例如用于风力涡轮机的地基如单桩或夹套等的过程中便于工具和部件的吊装。
为此，本发明提供了一种与水面船舶上的起重机一起使用的系统，其包括被附接或可附接到起重机的提升钢丝绳的起重机工具和一个或多个适配器，例如多个适配器，该一个或多个适配器被附接或可附接到一个或多个工具，例如多个相互不同的工具用于执行操作，例如用于提升和操纵如减噪屏和/或打桩机等设备，和/或被附接或可附接到海上装置的一个或多个部件，例如海上装置的多个部件，例如单桩或过渡件，该起重工具包括连接器，该适配器中的至少一个，例如多个适配器，包括连接器配对件。
在实施例中，连接器或至少一个连接器配对件是阳连接器，例如销或圆柱形块，另一个是阴连接器，例如，斗(bucket)。
通过将连接器和连接器配对件配对，本发明所提供的连接器和连接器配对件需要较少的人员、成本和/或时间来将提升钢丝绳连接至工具或部件、断开提升钢丝绳与工具或部件的连接或将提升钢丝绳连接到另外的工具或部件，需要较少的或不需要提升吊索，占用较少的甲板空间和/或对于甲板上的人员更安全。根据下面的示例中所示的配置，根据本发明的连接能够减少提升钢丝绳的行程。
此外，能够用系统执行的操作的速度将增加，同时降低这些操作的成本。
在实施例中，该至少一个连接器配对件面向上和/或可朝向其面向上的位置调整，例如可朝向其面向上的位置旋转。
因此，连接器和连接器配对件的连接方向能够对准，并且起重机工具的连接器能够落在适配器的连接器配对件中或上方，便于将提升钢丝绳连接到工具或部件。
为了进一步帮助建立连接，特别是通过落入其中或其上，在实施例中，连接器和/或该至少一个连接器配对件是旋转对称的。
因此，起重机工具和工具或部件的旋转方向不再是关键或至少不如传统的钩和吊索那么关键。
在这种构思的简单实施例中，连接器或该至少一个连接器配对件包括一个或多个闩锁，优选地包括可径向移动的元件，例如楔形物或球体，其被弹性地安装至和/或被可操作地耦接到致动器，另一个包括用于闩锁钩住或钩在后面的凹口或凸缘，例如圆周凸缘。
在另一个实施例中，除了连接器配对件之外，该适配器中的一个或多个还包括过渡元件，例如扩杆或连杆，以将连接器配对件耦接到工具或部件上。
在另一个实施例中，连接器和/或连接器配对件包括引导元件，例如，一个零件上的圆锥部分例如刺锥，另一个零件上的圆形开口或漏斗。
在另外的实施例中，起重机工具包括测量设备，优选地是全球定位系统(GPS)，成像设备，例如相机和视频图像处理单元，和/或倾斜传感器，例如用于测量起重机工具和可选的连接到起重机工具的工具或部件的垂直度。
这种传感器能够被采用来例如测量或在屏幕上显示起重机工具相对于适配器的位置，并且帮助起重机操作员建立连接。此外，现今船舶和作业正在被数字化。虽然操作员知道起重机的位置(旋转，吊杆末端的高度，提升钢丝绳的长度)，但他们无法知道提升钢丝绳的末端的确切位置。当起重机工具包括例如GPS等测量设备时，起重机工具的位置是已知的，使得操作的数字化更加精确。如果起重机工具的XYZ坐标以及工具和/或部件上的配对件的XYZ坐标是已知的，则除了对接之外，便于至少部分操作的自动化。这能够提高运行效率和改善甲板布局。此外，能够采用这种传感器，例如以确保不仅起重机工具与工具和/或部件上的配对件例如斗对齐，而且确保提升钢丝绳和吊杆末端垂直对齐。这种垂直对齐有助于在提升工具或部件时减少或避免摆动效应。
传感器也能够在工作工具的操作期间使用，例如在定位或打桩期间。而且，起重机工具和所连接的工具能够以这样的方式配置，使得它们能够彼此连通。例如，当连接起重机工具和被提供有日历(calendar)系统的锤击适配器时，可以将关于日历的信息传达给起重机工具，然后起重机工具能够在本地存储这个信息或者将其传输至控制系统中的接收器。
在实施例中，该系统包括打桩机和被附接到打桩机的适配器，其中该适配器包括表明打桩机优选地在打桩方向上，即典型地在垂直方向上相对于起重机工具的位移的滑动元件。
滑动元件能够提供有关位移的信息，例如就该桩在任何阶段移动的距离而言。例如，它能够被用来测量每次锤击的距离(贯入，(penetration))，以便比较单个锤击的影响并且还能够使系统正确运行。
在改进中，适配器包括相对于打桩机被固定或被构造成相对于打桩机被固定的(第一)圆柱形元件，例如斗，和另外的圆柱形元件例如另外的斗，其被滑动地装配在(第一)斗中或上方并且优选地相对于起重机工具被固定。因此，起重机工具能够通过提升钢丝绳保持在恒定位置(高度)和/或，如果工具被提供有GPS，则能够精确地观测或测量到所测得的起重机工具的精确位置和滑动元件例如(第一)斗相对于该另外的斗的位移，提供有效的日历测量系统。这个系统甚至能够被配置成测量打桩机每次打击时的桩贯入深度，从而例如当桩已到达被称为“桩止点(refusal)”的阶段时，即当打桩完成时，计算下一次打击所需的能量和/或比传统的日历系统更快建立。
为了便于在视觉上监控打桩的进度，该另外的斗的外壁被提供有一个或多个标记，例如，彩色的和/或发光的环，其随着桩的渐增贯入和所导致的打桩机和第一(外)斗的下降而逐渐被暴露。
在另一个实施例中，该系统包括打桩机和被附接到打桩机的适配器，其中该适配器包括允许打桩机相对于起重机工具优选地在打桩机方向上，即典型地在垂直方向上的阻尼(dampen)位移的滑动元件。
在改进中，适配器包括相对于打桩机固定的圆柱形元件和被滑动地装配在该(第一)圆柱形元件中或上方的另外的圆柱形元件，该另外的圆柱形元件优选地相对于起重机工具被固定或被构造成相对于起重机工具被固定。
在另外的改进中，适配器包括相对于打桩机被固定的(第一)圆柱形元件，例如斗，和另外的圆柱形元件，例如另外的斗，其被滑动地装配在(第一)斗中或上方并且优选地相对于起重机工具被固定或被构造成相对于起重机工具被固定。经由一个或多个元件来耦接斗以产生摩擦。在改进中，一个或两个斗被提供有界定腔室的凸缘或密封件，该腔室被填充有流体，例如液压油。例如，通过障碍物，例如被附接到斗的其中之一的并且在腔室内移动的凸缘，或者通过流动限制，例如腔室出口处的阻塞阀，能够产生流动阻力。
因此，在桩和打桩机自由下落的情况下，例如，当桩的尖端到达提供低阻力的地层时，桩和打桩机的加速度减小，进而减少起重机上的突加负荷并且为起重机操作员提供一些时间来响应。
应注意，这些滑动元件能够独立于连接器和连接器配对件使用，例如，在打桩机和传统的钩或钩环之间，提供相同的优点。另外，滑动元件在某种程度上使起重机工具和其中的仪器与打桩机中的振动(vibration)脱离。
此外，在下面更详细说明的改进中，结合了用于日历的滑动元件和提供自由下落保护的滑动元件，例如在包括三个斗的伸缩结构中。
本发明还涉及一种使用起重机安装装置例如风力涡轮机等海上装置的方法，该起重机例如在地面或水面船舶上，并且具有提升钢丝绳、被附接至提升钢丝绳并且具有连接器的起重机工具和具有连接器配对件的一个或多个例如多个工具和/或部件，该方法包括以下步骤：
将起重机工具及其连接器降入工具或部件其中之一的连接器配对件之中或之上，并且在两者之间建立连接，
用提升钢丝绳提起工具或部件。
在实施例中，起重机工具随后，例如在定位工具或部件之后，与工具或部件断开连接，然后将其及其连接器一起降入到另外的工具或组件例如另一个不同的工具或组件的连接器配对件之中或之上，两者之间建立了连接。然后用提升钢丝绳提起该另外的工具或部件。
在另一个实施例中，连接被建立在地面或甲板平面以上，优选地在地面或甲板平面以上至少5米，因此需要较少的放出和收回提升钢丝绳。
另一个实施例包括以下步骤
将工具例如过渡件提升工具连接到一个部件例如过渡件，
提升该工具和部件，
将该部件定位在海上装置中或上，
将工具从部件移除，
将工具移动到船舶甲板上的类似或相同的部件，
将工具连接到那个部件或将工具放置在那个部件上，以及，
断开起重机工具与工具上的连接器配对件的连接。
因此，减少了总步骤数。
为了完整起见，请注意以下现有技术。
EP 2 500 473涉及一种方法，其涉及“从具有水平定向的纵向轴线的浮动位置降低呈管状中空结构形式的部件(1)，使得下降至海底(3)或向上至定义的位置减少发生。该部件由操纵装置(8)保持在垂直位置。”
EP 1 640 508涉及一种装置，其具有“被固定在船舶自升式钻井平台上用于在以海底区中撞击柱(5)时包围和引导该柱的框架(1)。能够从框架下方的上部待机位置下降到海底区处的操作位置中的吹气装置的喷嘴组件(7)，安装在框架上。”
WO2008/106964涉及一种重物和锁定装置之间的可释放联轴器，一种接合和脱离重物的方法，以及一个或多个联轴器在打桩机、破碎机、拆除锤、石头或集料破碎机中的用途。利用本发明，“重物可能达到每分钟约7次或更多次冲程。”
EP 3 034 860涉及一种组件，其包括具有杆的工具，杆具有第一端和第二端，第一端具有突出部分例如环，第二端适于由提升设备接合。在该示例中，“当风力涡轮机的轮毂500已被提升时，起重机从杆120的第二端140的通孔145脱离，并且操作者从轮毂500移除工具110。一旦工具110被移除，杆接收部分150可以被适当地密封或覆盖，防止水、污垢、物体等进入杆接收部分150。”
EP 2 752 361涉及一种提升系统，其包括具有提升钢丝绳的提升起重机、船舶和用于将提升起重机和船舶或船舶上的负载/货物互相连接的连接器捕捉组件。
GB 2 417 233涉及一种用于将高架提升装置自动联接和解联于负载的装置，该装置包括用于连接到高架提升装置的第一部分，以及用于连接到负载的第二部分。
附图说明
现在将参考附图更详细地解释本发明，附图示出了本方法和系统的优选实施例。
图1示出了自升式驳船，其包括起重机和提升钢丝绳，用于安装单桩；
图2示出了在安装单桩和转移件的传统过程中所需的提升钢丝绳的行程；
图3A至图3F示出了根据本发明的起重机工具和打桩机适配件；
图4示出了被连接到减噪屏的轨道框架的根据本发明的起重机工具和适配器；
图5和图6示出了被连接到桩倒放工具和过渡件提升工具的根据本发明的起重机工具和适配器。
附图本质上是示意性的，并且可能已经省略和/或未讨论对于理解本发明不必要的细节。
具体实施方式
图1示出了一个用于将单桩2安装在水下地层例如海床中的系统1的实施例。系统1包括自升式驳船3和绞盘，自升式驳船3包括具有提升钢丝绳5的起重机4，绞盘在甲板下方(并且因此未示出)用于放出和收回钢丝绳。提升钢丝绳5经由前轮被附接到承载钩7的扩杆6上。驳船3运载有：多个单桩2(MP)，其被水平放置在甲板上；过渡件10(TP)，其被直立地放置在甲板上；减噪屏11(NMS)，其被直立地放置在驳船的甲板上并且在其顶部被提供有轨道框架12，在图4中更详细地示出了轨道框架12，其用于帮助NMS的处理和精确定位；桩倒放工具13(UET；图5)；过渡件提升工具14(TPLT；图6)，其用于移动TP；和液压打桩机，例如IHCHydrohammer S-1800。
图2示出了安装风力涡轮机的单桩(MP)和过渡件(TP)的示例。该示例包括以下步骤：将起重机的提升钢丝绳的末端处的钩降低至甲板平面(DL)以从甲板上拾取吊索并开始提升减噪屏(NMS)。将NMS定位在海床上并将吊索放回甲板上。接下来，将钩连接到桩倒放工具(UET)，然后将UET耦接到单桩，以竖起、操纵MP并将MP放置在NMS里面。随后的步骤包括：拾起吊索并放置锤子。放回锤子和NMS。收集用于移动TP的过渡件提升工具(TPLT)。所有或大部分的这些步骤涉及将提升钢丝绳的末端返回到甲板平面并且需要甲板上的人员来附接和拆卸钩和吊索。
根据本发明，起重机工具15代替钩被附接至起重机4的提升钢丝绳5。此外，适配器16被附接至工具中的每一个上，在上面的例子中，适配器被附接至以下项中的每一个：轨道框架12，桩倒放工具(UET)，过渡件提升工具(TPLT)，和液压打桩机。
起重机工具包括连接器17，适配器包括连接器配对件18。在图3A至图3F所示的示例中，钢丝绳工具15包括用于起重机的提升钢丝绳的附接孔19，和圆柱形主体20，其包括均匀分布在主体的圆周上从而使其旋转对称的多个闩锁21，并且在其下端处的(当从提升钢丝绳上悬挂时看到)刺锥22。闩锁围绕水平地并且切向地延伸穿过它们的下端的轴线的枢轴，使得当将起重机工具插入适配器时闩锁能够向内偏转。液压致动器(从视野中隐藏)位于主体内部，以主动地缩回闩锁，例如从适配器释放起重机工具。
图3A至图3F中的适配器16经由过渡缸26被附接到液压打桩机25，过渡缸26清除打桩机的吊耳，而不会显着改变打桩机。连接到该缸的是第一斗27，其相对于打桩机被固定。第二斗28滑动地装配在第一斗里面。第三斗29滑动地装配在第二斗中。三个斗中的每一个在其下边缘处具有向外延伸的凸缘，在其顶部边缘处具有向内延伸的凸缘，从而提供伸缩布置。第一斗上向外延伸的凸缘用于将伸缩装置附接到例如栓到过渡缸上。第三斗上的向内延伸的凸缘35限定了用于容纳起重机的插入开口，并且为闩锁提供了用于锁定在后面的凸缘。其余的凸缘限定了斗之间的第一腔室和第二腔室，该第一腔室和第二腔室填充有液压油。第二腔室(在第二或中间斗和第三或内部斗之间)被提供有一个或多个阻塞阀。第二(和中间)斗的外壁被提供有一个或多个标记，在这个示例中为高度为例如30cm的彩色环36(在图3C和3F中最清楚地看到)。
技术人员将理解，第二斗能够被用作日历测量系统、打击测量装置和/或定位装置(的一部分)。
在图3A中，打桩机25处于驳船3的甲板上的海上固定位置。将起重机工具15下降到第三(并且最内)斗29中，在此期间，刺锥22使起重机工具相对于适配器16被动地居中，并且闩锁通过斗上的向内延伸的凸缘35向内偏转，以在起重机工具和适配器之间建立连接，从而在起重机和打桩机之间建立连接。当到达图3B中所示的位置时或之后，操作员通过遥控器将起重机工具锁定在适配器内以便安全提升。关闭第二腔室中的阻塞阀，将液压油锁定在腔室内，从而相对于第二(中间)斗锁定第三(内)斗。当打桩机被抬起时，如图3C中所示，第三斗和第二斗从第一(外)斗中拉出，直到第二斗到达行程终点。在行程结束时，流体压力将在第二腔室中积累并且打桩机被抬起。
在图3D中，打桩机已经放置在单桩上并且阻塞阀打开，使得第三(内)斗在第二(中间)斗里面阻尼滑动。进一步降低起重机工具，从而将第二斗降低到第一(外)斗中，直到第二斗上的标记不再可见。开始打桩，使桩、打桩机以及第一(和外)斗随着打桩机的每次打击而相对于起重机工具下降，逐渐露出彩色环36。当环完全暴露时，如图3E中所示，起重机工具通过起重机下降，直到环不再可见。
图3F示出了在单桩并且打桩机自由下落时发生的情况，例如，当桩的尖端到达提供低阻力的地层时：第一(外)斗相对于第二(中)斗滑动直到行程结束，第二斗随后相对于第三(内)斗滑动而挤压通过节流/阻塞阀来自第二腔室的液压油。这抑制了下降运动。流体油储存在罐或蓄积器(未示出)中。
图4示出了被连接到减噪屏的轨道框架12的起重机工具15和适配器16。适配器经由扩杆40、吊索41和钩环42连接到轨道框架12，扩杆40、吊索42和钩环42又连接到轨道框架上的现有吊耳。扩杆在海上固定在专用支架43上，支架43被附接在轨道框架上并且适配器朝上，使起重机工具能够落入。
图5和图6示出了起重机工具15和被连接至桩倒放工具13(图5)和过渡件提升工具14(图6)的适配器16。
由于单桩水平地定位在甲板上，单桩在图5中所示的桩倒放工具13被插入并固定到单桩的一端之后，将在被提升时被旋转到垂直位置。因此，适配器16可相对于桩倒放工具13的其余部分旋转，再次使起重机工具15能够落入适配器16中。
在图6中，适配器16经由杆50被附接到过渡件提升工具14，一个适配器被附接到提升工具的夹具51中的每一个，从而将适配器定位在提升工具的重心上方并且其插入开口面向上。
起重机工具和适配器需要较少的人员和时间来将提升钢丝绳连接到工具或部件，需要较少或不需要提升吊索，占用较少的甲板空间和/或对于甲板上的人员更安全。所示示例使得能够在风力涡轮机的安装期间减小提升钢丝绳的总行程超过50％。而且，因为需要较少的吊索和钩环并且减少了工具和其他零件的行程，所以也减少了所谓的摆动效应。
本发明不限于上述实施例，并且可以在权利要求的范围内以多种方式变化。例如，根据本发明的方法和系统也适合于安装较小的装置，例如夹套桩。

Claims (14)

1.一种与起重机(4)一起使用的系统(1)，包括
起重机工具(15)，其被附接或可附接到所述起重机(4)的提升钢丝绳(5)，和
一个或多个适配器(16)，其被附接或可附接到一个或多个工具(11-14，25)用于执行操作和/或到一个或多个部件(2，10)，所述起重机工具(15)包括圆柱形主体(20)和连接器(17)，所述适配器(16)中的至少一个适配器包括连接器配对件(18)，其中所述连接器(17)包括均匀分布在所述主体(20)的圆周上的多个闩锁(21)，所述连接器配对件(18)包括用于所述闩锁(21)钩住或钩在后面的凹口或凸缘(35)；并且其中多个所述闩锁(21)围绕水平地并且切向地延伸穿过其下端的多个轴线枢转，使得当所述起重机工具(15)插入其中一个所述适配器(16)时所述闩锁(21)能够向内偏转，其中液压致动器位于所述主体(20)的内部，以通过绕闩锁的轴线旋转而主动使所述闩锁(21)缩回，以将所述起重机工具(15)从其中一个所述适配器(16)释放。
2.根据权利要求1所述的系统(1)，其中所述连接器(17)或所述连接器配对件(18)是阳连接器，另一个是阴连接器。
3.根据权利要求1或2所述的系统(1)，其中所述连接器配对件(18)面向上和/或可朝向其面向上的位置调整。
4.根据权利要求1或2所述的系统(1)，其中所述连接器(17)和/或所述连接器配对件(18)是旋转对称的。
5.根据权利要求1或2所述的系统(1)，其中所述一个或多个适配器(16)包括过渡元件(26，40，50)，以将所述连接器配对件(18)耦接到所述工具(11-14，25)或所述部件(2，10)。
6.根据权利要求1或2所述的系统(1)，其中所述连接器(17)或所述连接器配对件(18)包括引导元件(22)。
7.根据权利要求1或2所述的系统(1)，其中所述起重机工具(15)包括测量设备，所述测量设备为全球定位系统、成像装置和/或倾斜传感器。
8.根据权利要求1或2所述的系统(1)，包括打桩机(25)和被附接到所述打桩机(25)的适配器(16)，其中所述适配器包括表明所述打桩机(25)相对于所述起重机工具(15)的位移的滑动元件(28)。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述滑动元件(28)被提供为具有至少一个标记(36)，所述至少一个标记(36)随着桩的贯入的增加和导致的所述打桩机(25)的下降而逐渐暴露。
10.根据权利要求1或2所述的系统(1)，包括打桩机(25)和被附接到所述打桩机(25)的适配器(16)，其中所述适配器(16)包括允许所述打桩机(25)相对于所述起重机工具(15)的阻尼位移的阻尼滑动元件(29)。
11.根据权利要求8所述的系统(1)，其中所述适配器(16)包括相对于所述打桩机(25)固定的圆柱形元件(27)和被滑动地装配在所述圆柱形元件(27)中或上方的另外的圆柱形元件，并且所述另外的圆柱形元件相对于所述起重机工具(15)被固定。
12.一种使用起重机(4)安装装置的方法，所述起重机具有提升钢丝绳(5)、被附接至所述提升钢丝绳(5)并且具有圆柱形主体(20)和连接器(17)的起重机工具(15)和具有连接器配对件(18)的一个或多个工具(11-14，25)和/或部件(2，10)，其中所述连接器(17)包括多个闩锁(21)，所述连接器配对件(18)包括用于所述闩锁(21)钩住或钩在后面的凹口或凸缘(35)；并且其中多个所述闩锁(21)围绕水平地并且切向地延伸穿过其下端的多个轴线枢转，使得当所述起重机工具(15)插入连接器配对件(18)之中或之上时所述闩锁(21)能够向内偏转，其中液压致动器位于所述主体(20)内部，以通过绕闩锁的轴线旋转而主动使所述闩锁(21)缩回，以将所述起重机工具(15)从所述连接器配对件(18)中释放，所述方法包括以下步骤：
将所述起重机工具(15)及其连接器(17)降入所述工具(11-14，25)或所述部件(2，10)其中之一的连接器配对件(18)之中或之上，并且在两者之间建立连接，
用所述提升钢丝绳(5)提起所述工具(11-14，25)或所述部件(2，10)。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述连接被建立在地面或甲板平面以上。
14.根据权利要求12或13所述的方法，包括以下步骤
将工具(11-14，25)连接到部件(2，10)，
提升所述工具(11-14，25)和所述部件(2，10)，
将所述部件(2，10)定位在所述装置中或所述装置上，
将所述工具(11-14，25)从所述部件(2，10)移除，
将所述工具(11-14，25)移动到地面或船舶甲板(3)上另外的部件(2，10)，
将所述工具(11-14，25)连接到所述另外的部件(2,10)或将所述工具(11-14，25)放置在所述另外的部件(2，10)上，以及，
断开所述起重机工具(15)与所述工具(11-14，25)上的所述连接器配对件(18)的连接。
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