CN102418358B - 动力定位射流喷冲式挖沟机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力定位射流喷冲式挖沟机，包括设在一框架左右两端的滑撬，滑撬为横截面呈鸭蛋形的浮筒式滑撬，框架顶部设有左右对称的两台潜水高压水泵；框架前下方连有两个左右对称且与同侧潜水高压水泵相连的高压射水导向架，高压射水导向架的下前部设有多个高压水喷嘴和多个旋转尼龙滚轮；框架上方设有两个左右对称的吸排泥泵，框架后下方连有两个左右对称的吸排泥导向架，吸排泥导向架的下部设有多个旋转尼龙滚轮和多条与同侧吸排泥泵相连吸排泥通道，吸排泥泵均连接有一排泥管。本发明挖泥机潜水深度可达250m，其功率大、效率高、可靠性强，能安全地实现2米之内及2米以上挖深沟的海底施工，并具有吸排泥的功能。

Description

动力定位射流喷冲式挖沟机

技术领域

本发明涉及水下各种管径的输油、输气、给排水管道的挖沟作业设备，具体涉及到动力定位射流喷冲式挖沟机，该设备能经济、高效、环保地完成水下各项深挖沟作业施工。

背景技术

目前，在水下挖沟作业领域，多采用接触式挖沟机，即挖沟设备由导向腿直接骑在海底管线上进行挖沟作业，设备的结构型式基本上包括有绞吸式、绞射吸式及悬浮射流式，各有千秋。但主要问题是；设备功率小、效率低、成本高以及对管线负压大，特别是对于深海海底管道挖2米以上深沟时就无法施工了。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种动力定位射流喷冲式挖沟机及其智能型挖沟设备，其潜水深度可达250M，其功率大、效率高、可靠性强，能安全地实现2米之内及2米以上挖深沟的海底施工，并具有吸排泥的功能。

为了解决上述技术问题，本发明一种动力定位射流喷冲式挖沟机予以实现的技术方案是：包括主体框架，所述主体框架由前主横梁、后主横梁和设置在所述前主横梁和后主横梁左右两端的滑撬构成，所述前主横梁与所述后主横梁之间设有均与两端滑撬固定的前副横梁、中间副横梁和尾副横梁；所述滑撬为横截面呈鸭蛋形的浮筒式滑撬，左右两端的浮筒式滑撬上均固定有一就位推进器，所述主体框架的顶部设有左右对称的两台潜水高压水泵；所述前主横梁、后主横梁、前副横梁、中间副横梁和尾副横梁均采用管道结构；所述前主横梁的下方固连有两个左右对称的高压射水导向架，每个高压射水导向架的上部均通过前主横梁与同侧的一台潜水高压水泵相连，每个高压射水导向架的下前部设有多个高压水喷嘴和多个旋转尼龙滚轮；所述前主横梁、中间副横梁和尾副横梁的两侧均与同侧的一潜水高压水泵相连；所述后主横梁的上方设有两个左右对称的吸排泥泵，所述后主横梁上部与所述吸排泥泵的吸口相连；所述后主横梁的下方固连有两个左右对称的吸排泥导向架，每个吸排泥导向架的下部设有多个旋转尼龙滚轮和多条吸排泥通道，所述吸排泥通道与位于同侧的一吸排泥泵相连，每台吸排泥泵均连接有一排泥管，所述排泥管呈出口冲上的布置；所述前副横梁和所述中间副横梁之间连接有两个左右对称的喷冲机。

本发明动力定位射流喷冲式挖沟机，其中，所述前主横梁的两侧与同侧的一潜水高压水泵之间连接有高压水输水管。所述吸排泥导向架的下端部的正面轮廓由两个呈度交角的平面构成。

本发明一种智能型动力定位射流喷冲式挖沟设备予以实现的技术方案是，包括一喷冲式挖沟机，所述喷冲式挖沟机是如上所述的动力定位射流喷冲式挖沟机；还包括有监控系统，所述监控系统包括GPS卫星定位系统及与所述喷冲式挖沟机连接的姿态监视仪、两台声纳监视器、压力显示器、液压胶管绞车和液压电缆绞车；所述液压胶管绞车连接有动力液压站；所述液压电缆绞车连接有高压发电站和低压发电站。

本发明智能型动力定位射流喷冲式挖沟设备，其中，所述喷冲式挖沟机中的前主横梁的两侧与同侧的一潜水高压水泵之间连接有高压水输水管。

所述喷冲式挖沟机中的吸排泥导向架下端部的正面轮廓由两个呈度交角的平面构成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)由于本发明挖沟机及其智能型挖沟设备中采用两台左右对称的喷冲机，可以形成两股的强大水流喷冲，使得喷冲液流能够躲开海底管道而直射挖掘部位，从而取得最佳挖掘效果，另外，其喷射的喷冲角度可调，能满足不同管径对挖沟机不同喷冲角度的要求。

(2)本发明中所使用的潜水高压水泵为大功率的轴流泵，与其相配套的马达也是大功能的，因此，作业时能产生大流量、高流速的喷冲水流，加强对海床的射水切割速度(特别是对较硬的地质条件更佳)，从而提高了设备的效率。

(3)为了达到便于公路运输的目的，该设备中的各构成部件和机架可随时进行拆装、组合。

(4)本发明挖沟机中的滑撬采用横截面为鸭蛋形的浮筒式滑撬，滑撬的小头支承于海床上，将挖沟机的净荷载由滑撬直接传递到海床上，从而减少了对管线的负压，对于挖深沟可能至少需要二、三遍挖掘，而鸭蛋形浮筒式滑橇的斜面恰好与沟坡的斜面吻合，因此在挖沟施工作业中挖沟机的整机便随沟深的变化而下沉，有效的避免了管线因局部受压后应力集中而遭到破坏的问题。另外，本发明智能型挖沟机的监控系统可以对管线位置，挖沟机机体状态，挖沟沟形(沟宽、沟深)进行实时监控。

综上，本发明挖沟设备其挖沟速度快、可以实现沟中挖深沟的目的、成沟形状规则、对海床破坏少，对海洋环境影响少。

附图说明

图1是本发明潜深水射流喷冲排泥式挖沟机的主视图；

图2是图1所示挖沟机的俯视图；

图3是图1所示挖沟机的左视图。

图4是本发明智能型潜深水射流喷冲排泥式挖沟设备构成及应用示意图。

图中：

1——鸭蛋形浮筒式左右滑撬    2——前主横梁

3——前高压射水导向架        4——左右喷冲机

5——后主横梁                6——吸排泥导向架

7——副横梁                  8——中间副横梁

9——前副横梁                10——高压水输水管

11——左右吸排泥泵           12——左右排泥管

13——左右就为推进器         14——左右大功率潜水高压水泵

51——姿态监视仪             52——前置声纳监视器

53——后置声纳监视器         54——潜水高压水泵压力显示器

55——GPS卫星定位系统        56——液压胶管绞车

57——第一动力液压站         58——第二动力液压站

59——液压电缆绞车           60——第一高压发电机组

61——第二高压发电机组       62——低压发电机组

100——海底管道              200——喷冲式挖沟机

300——原始海床              400——沟形

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

如图1、图2和图3所示，本发明一种动力定位射流喷冲式挖沟机，包括主体框架，所述主体框架由前主横梁2、后主横梁5和设置在所述前主横梁2和后主横梁5左右两端的滑撬构成，所述前主横梁2与所述后主横梁5之间设有均与两端滑撬固定的前副横梁9、中间副横梁8和尾副横梁7，即主体框架包括有五道横梁，且均通过下部的圆法兰用螺栓与左右两端的滑撬相连接，所述滑撬为横截面呈鸭蛋形的浮筒式滑撬1，左右两端的浮筒式滑撬1上均固定有一就位推进器13，电源由船上的低压发电机组62通过动力电缆将电源分别传送于水下。本发明一种动力定位射流喷冲式挖沟机中的滑撬支承于海床上，把挖沟机的净荷载由滑撬传递到海床上，从而减少了对管线的负压，避免管线局部受压后应力集中而遭到破坏。

所述主体框架的顶部设有左右对称的两台潜水高压水泵14，所述潜水高压水泵14包括大功率潜水电机和多级离心泵，所述潜水高压水泵14座落于主体框架的中间副横梁8和尾副横梁7及后主横梁5上，并用螺栓固定，电源由船上的两套高压发电机组61、62通过动力电缆将电源分别传送于水下。

所述前主横梁2、后主横梁5、前副横梁9、中间副横梁8和尾副横梁7均采用管道结构。

所述前主横梁2的下方通过法兰用螺栓相连有两个左右对称的高压射水导向架3，每个高压射水导向架3的上部均通过前主横梁2与同侧的一台潜水高压水泵14相连，所述前主横梁2的两侧与同侧的一潜水高压水泵14之间通过法兰用螺栓连接有高压水输水管10，所述前主横梁2既有框架横梁和输高压水管路的双重作用。每个高压射水导向架3的下前部设有多个高压水喷嘴和多个旋转尼龙滚轮，用以挖沟开路切割，其中的多个横竖安装的尼龙滚轮可以确保海底管道防腐层不会碰伤；所述前主横梁2、中间副横梁8和尾副横梁7的两侧均与同侧的一潜水高压水泵14相连。所述后主横梁5的上方设有两个左右对称的吸排泥泵11，所述后主横梁5上部与所述吸排泥泵11的吸口相连，所述后主横梁5具有框架横梁和吸排泥管路的双重作用；所述后主横梁5的下方固连有两个左右对称的吸排泥导向架6，所述吸排泥导向架6的下端部的正面轮廓由两个呈45度交角的平面构成，即制成45度斜口；每个吸排泥导向架6的下部设有多个旋转尼龙滚轮和多条吸排泥通道(可以是4条细排泥管通道)，吸排泥泵11借助于所述的多个旋转尼龙滚轮与海底管道接触，以防止碰伤管道，并起着管道导向的作用；所述吸排泥通道与位于同侧的一吸排泥泵11相连，每台吸排泥泵11均连接有一排泥管12，所述排泥管12呈出口冲上的布置。综上，设置在主体框架前后横梁上的压射水导向架3和吸排泥导向架6不仅起到挖沟机导向作用，而且位于主体框架前方的高压射水导向架3具备射水切割的功能，位于主体框架后方的吸排泥导向架6具备泥沙吸排作用。

所述前副横梁9和所述中间副横梁8之间连接有两个左右对称的喷冲机4。所述喷冲机4包括进水口、轴流泵、液压马达、导叶、喷头、液压马达进出口管路，液压马达进出口管路与动力液压站油流通过高压胶管传输使液压马达带动叶轮旋转，则产生大的水流进行喷冲作业。

如图4所示，带有上述结构挖泥机的智能型动力定位射流喷冲式挖沟设备，是将监控系统与上述的挖沟机联系起来形成一套可以对管线位置、挖沟机机体状态、挖沟沟形(沟宽、沟深)进行实时监控，并具备挖沟速度快、可以实现沟中挖深沟的目的、成沟形状规则、对海床破坏少，对海洋环境影响少的智能型挖沟设备。该智能型挖沟设备包括一喷冲式挖沟机200，所述喷冲式挖沟机是如前述的动力定位射流喷冲式挖沟机；还包括有监控系统，所述监控系统包括GPS卫星定位系统55及与所述喷冲式挖沟机200连接的姿态监视仪51、两台分别置于主体框架前方的前置声纳监视器52和置于主体框架后方的声纳监视器53、用于显示潜水高压水泵压力的显示器54、用于胶管收放的液压胶管绞车56和用于电缆收放的液压电缆绞车59；所述液压胶管绞车56连接有由第一动力液压站57和第二动力液压站58构成动力液压站机组；所述液压电缆绞车59连接有由第一高压发电站60和第二高压发电站61构成的高压发电站机组和一台低压发电站62。所述姿态监视仪51位于施工船中心控制室内，所述姿态监视仪51通过信号线与安装在滑撬上的传感器相连；所述前置声纳监视器52和后置声纳监视器53均位于施工船中心控制室内，并通过信号线与安装在挖沟机前主横梁上中部的探头及安装在挖沟机后主横梁上中部的探头相连；上述的姿态监视仪51、前置声纳监视器52、后置声纳监视器53、GPS卫星定位系统55、第一动力液压站57、第二动力液压站58、左右大功率潜水高压水泵14、左右吸排泥泵11均可以在市场购置。

如图4所示，本发明智能型挖沟设备监视系统的功能如下：

实现挖沟机姿态监视是通过姿态监视仪、传感器和信号线来实现的。传感器安装在滑撬上，所述姿态监视仪安装在施工船的中心控制室，通过姿态监视仪的显示信息来了解挖沟机的状态，并进行实时调整。

实现成沟形态监视是通过两台声纳监视器52、53及通过信号线与其相连的两个探头来实现的。探头分别安装于挖沟机前后主横梁上中部，两台声纳监视器安装在施工船的中心控制室，挖沟机就位时，通过两台(前后)声纳显示管线的位置，采用左右调整前主横梁下方的高压射水导向架3及后主横梁处的就位推进器和吸排泥导向架6，使挖沟机就位；作业过程中通过两台声纳监视器52、53显示的信息来了解挖沟机成沟的形态(包括沟宽和沟深)，以此调整走船速度。

GPS卫星定位系统55包括天线和主机，可以准确地将施工船定位。

液压胶管及电缆的存、放、收，利用液压胶管绞车56和液压电缆绞车59自身所包括的液压马达驱动液压绞车滚筒旋转，从而实现液压胶管和电缆的存、放、收的功能。

第一动力液压站57和第二动力液压站58产生高压油流为挖沟机马达提供液压动力源。

本发明智能型挖沟设备中挖沟机200的工作过程如下：

挖沟采用左右对称布置的1+1双口喷水形式水流避开管道直接喷冲开挖部位，并采用大功率高转速液压马达驱动叶轮，达到双马达双泵单独驱动，同时运转；通过液压胶管输送给液压马达的油流带动马达旋转，马达带动叶轮旋转产生喷冲水流，左右机体上方进口同时进水，再通过机体内的导流叶改变水流的方向(由旋转水流变成直线水流)，高速大流量水流喷冲海(河)床，再加上高压射流机构的射水切割(通过多支射水嘴射出的高压水流将海床300开出多条水沟，形成切断面)，使挖沟的速度和沟形400得到充分的保证，所挖出的沟形400较为规则，沟两侧坡角度为5-30度，接近垂直。

利用左右对称布置的大功率潜水高压水泵14提供高压射水水源，通过高压水输水管10输给前主横梁2进入高压射水导向架3，高压射水导向架3上安装有多个喷嘴，上部安装有能与高压水输水管10连接的法兰。作业时，开动潜水高压水泵14，高压射水导向架3上的喷嘴喷射高压水流，能把泥沙土切割成块状不但方便该导向架通过，同时更有利于喷冲成沟。导向架前后各有一个，前面的用来射水，后面的用来吸排泥，作业时，骑于海底管道100上，为挖沟机200导向。

吸排泥泵11通过后主横梁5，吸排泥导向架6的4条吸排泥通道使管沟底部的附着的污泥和沙土在吸排机泵的作用下通过排泥管被举出管沟底部。

综上，本发明挖沟机具备射流、喷冲、排泥功能，前为高压水射流开路切割，中为强大水流喷冲，后为吸排提升独特综合机能。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种动力定位射流喷冲式挖沟机，包括主体框架，所述主体框架由前主横梁(2)、后主横梁(5)和设置在所述前主横梁(2)和后主横梁(5)左右两端的滑撬构成，所述前主横梁(2)与所述后主横梁(5)之间设有均与两端滑撬固定的前副横梁(9)、中间副横梁(8)和尾副横梁(7)；其特征在于：

所述滑撬为横截面呈鸭蛋形的浮筒式滑撬(1)，左右两端的浮筒式滑撬(1)上均固定有一就位推进器(13)，

所述主体框架的顶部设有左右对称的两台潜水高压水泵(14)；

所述前主横梁(2)、后主横梁(5)、前副横梁(9)、中间副横梁(8)和尾副横梁(7)均采用管道结构；

所述前主横梁(2)的下方固连有两个左右对称的高压射水导向架(3)，每个高压射水导向架(3)的上部均通过前主横梁(2)与同侧的一台潜水高压水泵(14)相连，每个高压射水导向架(3)的下前部设有多个高压水喷嘴和多个旋转尼龙滚轮；所述前主横梁(2)、中间副横梁(8)和尾副横梁(7)的两侧均与同侧的一潜水高压水泵(14)相连；

所述后主横梁(5)的上方设有两个左右对称的吸排泥泵(11)，所述后主横梁(5)上部与所述吸排泥泵(11)的吸口相连；所述后主横梁(5)的下方固连有两个左右对称的吸排泥导向架(6)，每个吸排泥导向架(6)的下部设有多个旋转尼龙滚轮和多条吸排泥通道，所述吸排泥通道与位于同侧的一吸排泥泵(11)相连，每台吸排泥泵(11)均连接有一排泥管(12)，所述排泥管(12)呈出口冲上的布置；

所述前副横梁(9)和所述中间副横梁(8)之间连接有两个左右对称的喷冲机(4)。

2.根据权利要求1所述的动力定位射流喷冲式挖沟机，其特征在于：所述前主横梁(2)的两侧与同侧的一潜水高压水泵(14)之间连接有高压水输水管(10)。

3.根据权利要求1所述的动力定位射流喷冲式挖沟机，其特征在于：所述吸排泥导向架(6)的下端部的正面轮廓由两个呈45度交角的平面构成。

4.一种智能型动力定位射流喷冲式挖沟设备，包括一喷冲式挖沟机(200)其特征在于：所述喷冲式挖沟机是如权利要求1所述的动力定位射流喷冲式挖沟机；还包括有监控系统，所述监控系统包括GPS卫星定位系统(55)及与所述喷冲式挖沟机(200)连接的姿态监视仪(51)、两台声纳监视器(52、53)、压力显示器(54)、液压胶管绞车(56)和液压电缆绞车(59)；所述液压胶管绞车(56)连接有动力液压站；所述液压电缆绞车(59)连接有高压发电站和低压发电站(62)。

5.根据权利要求4所述的智能型动力定位射流喷冲式挖沟设备，其特征在于：所述喷冲式挖沟机中的前主横梁(2)的两侧与同侧的一潜水高压水泵(14)之间连接有高压水输水管(10)。

6.根据权利要求4所述的智能型动力定位射流喷冲式挖沟设备，其特征在于：所述喷冲式挖沟机中的吸排泥导向架(6)下端部的正面轮廓由两个呈45度交角的平面构成。

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