CN103790202A - 海底管道挖沟机及其挖沟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了海底管道挖沟机及其挖沟方法，包括通过脐带缆与脐带绞车连接的挖沟机机体，所述挖沟机机体包括机架、对称设置在机架左右两侧的左右离心泵、对称设置在机架中部的左右破土犁，所述机架自身左右两侧底部置于左右滑靴上，所述左离心泵与左破土犁连接，右离心泵与右破土犁连接；所述左右破土犁上均设置有能使自身升降的举升装置；所述机架内部的靠后位置分别设置有左右轴流泵。通过涵道内切削链、高压水，中压水对土壤的分割、破碎、液化，使得土壤液化程度提高，易于被水流带走。使其适应各类土壤的施工，尤其对于较硬的土壤尤其适合。涵道罩的存在可以降低泥沙回淤和结实的速度，有利于快速降低沟内泥浆浓度，同时降低对泵的磨损。

Description

海底管道挖沟机及其挖沟方法

技术领域

本发明涉及海洋工程机械，具体地说是一种海底管道挖沟机及其挖沟方法。

背景技术

目前，国内外海底管道挖沟机多为双作用成形挖沟机，即采用一遍液化或粉碎土壤，二遍输送的方法。对于复杂的海底地质状况，仅仅采用一种土壤液化或粉碎的方法不能有效地对各类土壤进行液化或粉碎，因此也不能有效地实现土壤的输送。另外国内外挖沟机输送装置出口均为开式，排除的泥沙容易回到液化装置的入口，一方面一定的泥沙重新回到沟内减低液化土壤的效率，另一方面回到液化装置入口的泥沙加大对液化装置的磨损，减低了液化装置的使用寿命。

有鉴于此，针对上述问题，提出一种设计合理且有效改善上述缺失的海底管道挖沟机，同时引出全新的挖沟方法。

发明内容

本发明的目的在于提供海底管道挖沟机，采用多次复合液化土壤，对不同强度的土壤分别进行一次剪切，一次高强度冲击破碎，一次中强度冲击破碎，使土壤逐步液化，然后输送装置将液化的土壤通过设定的涵道排出。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，海底管道挖沟机，主要包括通过脐带缆与脐带绞车连接的挖沟机机体，所述挖沟机机体包括机架、对称设置在机架左右两侧的左右离心泵、对称设置在机架中部的左右破土犁，所述机架自身左右两侧底部置于左右滑靴上，所述左离心泵与左破土犁连接，右离心泵与右破土犁连接；所述左右破土犁上均设置有能使自身升降的举升装置；所述机架内部的靠后位置分别设置有左右轴流泵。

所述机架的内部还设置有涵道罩，涵道罩前后方各开有一个开口，顶部封闭，涵道罩左右壁与左右滑靴以及未液化的沟内海底面形成一个环状密闭面；左右离心泵的吸水口、左右轴流泵上部以及其吸水口均安装在这个涵道罩的外侧；所述左右轴流泵的出口穿过涵道罩顶部，而在涵道罩的内部接近于泥面，所述左右离心泵的出口同样穿过涵道罩顶部，而在涵道罩的内部分别与左右破土犁连接。

所述举升装置为左右两个举升油缸，所述左右举升油缸前端分别连接左右破土犁中部，后端则均铰接在机架上。

所述机架前面设置有前护管器，后面设置有后护管器；所述前护管器左右两侧还设置有左右上层切削链，所述左右破土犁底部均设置有下层切削链；所述前护管器的底部左右两侧还设置有左右高压水喷射器。

所述脐带绞车与脐带绞车液压站连接并相互构成控制单元，所述脐带绞车还与高压水发生单元连接，而高压水发生单元则连接在高压水动力单元上。

所述脐带绞车还与至少一套泵动力单元连接。

为了达成上述另一目的，本发明采用了如下技术方案，海底管道挖沟机进行挖沟的方法，其步骤如下，首先，左右上层切削链和下层切削链在海底管道左右两侧分别切出上下两层沟槽，左右沟槽中间形成一道土墙，土墙的顶部为待埋设的管道；其后，高压水发生单元产生高压水压力在20-10MPa，通过安装在前护管器上的左右高压水喷射器的喷射，冲击由切削链切削形成的土墙，将土墙的强度破坏。再其后，由左右离心泵产生的中压水，压力在3-1MPa，通过左右破土犁进一步对土墙的强度进行破坏，对土墙土壤进行液化；最后，左右轴流泵产生的大流量低扬程水流将经过切削、冲击、液化的土壤冲刷并随水流带走，并将含泥沙较少的水充满成形的沟内；在轴流泵工作的过程中冲起的泥沙沿涵道罩内部的涵道向前流动，在挖沟机前部被海流带走。

本发明针对海底管道挖沟机还采用了如下技术方案，海底管道挖沟机，主要包括通过脐带缆与脐带绞车连接的挖沟机机体，所述挖沟机机体包括机架、对称设置在机架左右两侧的左右离心泵、设置在机架中下部的挖泥泵，所述机架自身左右两侧底部置于左右滑靴上，所述机架前面设置有前护管器，后面设置有后护管器；所述前护管器左右两侧还设置有左右导管；所述左右离心泵的出口接至前护管器的左右导管，前护管器左右导管成为喷嘴的安装壁，另外将挖泥泵吸入口接至后护管器的左右导管，将其做为挖泥泵的吸管。

所述脐带绞车与脐带绞车液压站连接并相互构成控制单元，所述脐带绞车还与高压水发生单元连接，而高压水发生单元则连接在高压水动力单元上。

所述脐带绞车还与至少一套泵动力单元连接。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

海底管道挖沟机通过涵道内切削链、高压水，中压水对土壤的分割、破碎、液化，使得土壤液化程度提高，易于被水流带走。使得其适应各类土壤的施工，尤其对于较硬的土壤尤其适合。涵道罩的存在使得在流动性较强的土壤下工作时，沟前泥沙被水流带走，同时沟内泥沙浓度较低，由此可以降低泥沙回淤和结实的速度，由于涵道罩的设计使得排除的泥沙不会进入轴流泵由此，可以有利于快速降低沟内泥浆浓度，同时降低对泵的磨损。

附图说明

附图1是本发明的海底管道挖沟机系统组成图；

附图2是本发明实施的例1的正视图；

附图3是本发明的实施例1的侧视图；

附图4是本发明的实施例1的俯视图；

附图5是本发明的的实施例1的涵道结构正向剖视图图；

附图6是本发明的的实施例1的涵道结构侧向剖视图图；

附图7是本发明的的实施例1的涵道构成剖面图；

附图8是本发明的的实施例2的正视图；

附图9是本发明的的实施例2的侧视图；

附图10是本发明的实施例2的俯视图；

附图11是本发明的的实施例3的正视图；

附图12是本发明的的实施例3的侧视图；

附图13是本发明的实施例3的俯视图。

图中：泵动力单元100，高压水动力单元101，高压水发生单元102，控制单元103，脐带绞车液压站104, 脐带绞车105，脐带缆107，挖沟机机体107。

机架1、轴流泵2、举升液压油缸3、离心泵4、破土犁5、上层切削链6、下层切削链7、滑靴8、后护管器9、前护管器10、涵道罩11、高压水喷射器12，挖泥泵13，长切削链14，原始海床15，沟内海底16。

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

实施例1：

参照附图1和附图2-6，本发明海底管道挖沟机的组成：泵动力单元100，高压水动力单元101，高压水发生单元102，控制单元103，脐带绞车液压站104, 脐带绞车105，脐带缆107，挖沟机机体107。机架1、轴流泵2、举升液压油缸3、离心泵4、破土犁5、上层切削链6、下层切削链7、滑靴8、后护管器9、前护管器10、涵道罩11、高压水喷射器12。

其中，上述零部件很多都包括左右两个，分别为以下：左右滑靴、左破土犁、右破土犁、左离心泵、右离心泵、左轴流泵、右轴流泵、左高压水喷射器、右高压水喷射器、左举升油缸、右举升油缸。

该种方式适合土壤不排水强度80-300KPa的情况下使用。

挖沟机机架1安装在滑靴8上；前护管器10安装在机架1的前端，后护管器9安装在机架1的后端；左离心泵安装在左滑靴上，右离心泵安装在右滑靴上；左右破土犁5安装在机架1内部前部左右两侧，其前端铰接在挖沟机机架1上，举升油缸3活塞杆与破土犁5中间铰接，举升油缸3尾端与机架1铰接；左右轴流泵2分别安装在机架1内部后部左右两侧；上层切削链6安装在前护管器10上，下层切削链7安装在破土犁5上；涵道罩11安装在机架1内部，涵道罩11为前后方各有一个开口，顶部封闭，涵道罩11左右壁与左右滑靴8以及未液化的沟内海底16面形成一个环状密闭面。离心泵4以及其吸水口、轴流泵2以及其吸水口均安装在这个涵道罩11的外侧，而轴流泵2的出口穿过涵道罩11顶部，在涵道罩11的内部接近泥面，离心泵4的出口同样穿过涵道罩11顶部在涵道罩11的内部与破土犁5连接；左右高压水喷射器12安装在前护管器10的底部。所述脐带绞车105与脐带绞车液压站104连接并相互构成控制单元103，所述脐带绞车还与高压水发生单元连接，而高压水发生单元102则连接在高压水动力单元101上。脐带绞车105还与至少一套泵动力单元100连接。

海底管道挖沟机进行挖沟的方法，其步骤如下，首先，左右上层切削链和下层切削链在海底管道左右两侧分别切出上下两层沟槽，左右沟槽中间形成一道土墙，土墙的顶部为待埋设的管道；其后，高压水发生单元产生高压水压力在20-10MPa，通过安装在前护管器上的左右高压水喷射器的喷射，冲击由切削链切削形成的土墙，将土墙的强度破坏。再其后，由左右离心泵产生的中压水，压力在3-1MPa，通过左右破土犁进一步对土墙的强度进行破坏，对土墙土壤进行液化；最后，左右轴流泵产生的大流量低扬程水流将经过切削、冲击、液化的土壤冲刷并随水流带走，并将含泥沙较少的水充满成形的沟内；在轴流泵工作的过程中冲起的泥沙沿涵道罩内部的涵道向前流动，在挖沟机前部被海流带走。在工作过程中，由于涵道罩的隔离作用，使得离心泵吸水口和轴流泵的吸水口获得泥沙含量较少的海水。由于涵道罩与管沟形成的筒形涵道，轴流泵注入涵道内的水流一方面冲刷液化的土壤，同时形成向前的水流向前冲刷未施工的土壤，同时带走液化的土壤。

实施例2：

参照附图1和附图8-10，本发明形式的另一种方案是：在实施例1的基础上移去举升液压油缸3、破土犁5、上层切削链6、下层切削链7。增加挖泥泵13，另外将前护管器10和后护管器9向下加长，将两台离心泵4的出口接至前护管器10的左右导管，前护管器10左右导管成为喷嘴的安装壁。另外将挖泥泵吸入口接至后护管器9的左右导管，将其做为挖泥泵13的吸管。在本形式下，管道下方的土壤在离心泵4产生的压力水的的作用下被切割，轴流泵2产生的大流量水对其进一步喷冲促使其进一步液化，由于涵道罩11的存在使轴流泵2喷冲形成的水流沿涵道罩11流出。最后挖泥泵13对沟内不流动的土壤抽吸排除涵道罩11外。该种方式适合土壤不排水强度0-80KPa的情况下使用。

实施例3：

参照附图1和附图11-13，本发明形式的另一种方案是：在实施例2基础上在前护管器10左右垂直立管上安装较长的切削链14，同时在向内垂直方向上高压水喷射器12，该喷射器喷嘴12均匀分布于自身与离心泵4出口之间。此时可拆除挖泥泵13。

本发明在为挖沟机准备4个工具包，即轴流泵2，离心泵4，高压水喷射器12、挖泥泵13，切削链14。根据不同土壤强度，使用不同的组合，从而可有效实施挖沟作业，同时具有较好的经济效益。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，非用以限定本发明的专利范围，其他运用本发明的专利精神的等效变化，均应俱属本发明的专利范围。

Claims (10)

1.海底管道挖沟机，包括通过脐带缆与脐带绞车连接的挖沟机机体，其特征在于，所述挖沟机机体包括机架、对称设置在机架左右两侧的左右离心泵、对称设置在机架中部的左右破土犁，所述机架自身左右两侧底部置于左右滑靴上，所述左离心泵与左破土犁连接，右离心泵与右破土犁连接；所述左右破土犁上均设置有能使自身升降的举升装置；所述机架内部的靠后位置分别设置有左右轴流泵。

2.根据权利要求1所述的海底管道挖沟机，其特征在于，所述机架的内部还设置有涵道罩，涵道罩前后方各开有一个开口，顶部封闭，涵道罩左右壁与左右滑靴以及未液化的沟内海底面形成一个环状密闭面；左右离心泵的吸水口、左右轴流泵上部以及其吸水口均安装在这个涵道罩的外侧；所述左右轴流泵的出口穿过涵道罩顶部，而在涵道罩的内部接近于泥面，所述左右离心泵的出口同样穿过涵道罩顶部，而在涵道罩的内部分别与左右破土犁连接。

3.根据权利要求1所述的海底管道挖沟机，其特征在于，所述举升装置为左右两个举升油缸，所述左右举升油缸前端分别连接左右破土犁中部，后端则均铰接在机架上。

4.根据权利要求1所述的海底管道挖沟机，其特征在于，所述机架前面设置有前护管器，后面设置有后护管器；所述前护管器左右两侧还设置有左右上层切削链，所述左右破土犁底部均设置有下层切削链；所述前护管器的底部左右两侧还设置有左右高压水喷射器。

5.根据权利要求1所述的海底管道挖沟机，其特征在于，所述脐带绞车与脐带绞车液压站连接并相互构成控制单元，所述脐带绞车还与高压水发生单元连接，而高压水发生单元则连接在高压水动力单元上。

6.根据权利要求5所述的海底管道挖沟机，其特征在于，所述脐带绞车还与至少一套泵动力单元连接。

7.应用权利要求1-6任意一项所述的海底管道挖沟机进行挖沟的方法，其步骤如下，首先，左右上层切削链和下层切削链在海底管道左右两侧分别切出上下两层沟槽，左右沟槽中间形成一道土墙，土墙的顶部为待埋设的管道；其后，高压水发生单元产生高压水压力在20-10MPa，通过安装在前护管器上的左右高压水喷射器的喷射，冲击由切削链切削形成的土墙，将土墙的强度破坏；再其后，由左右离心泵产生的中压水，压力在3-1MPa，通过左右破土犁进一步对土墙的强度进行破坏，对土墙土壤进行液化；最后，左右轴流泵产生的大流量低扬程水流将经过切削、冲击、液化的土壤冲刷并随水流带走，并将含泥沙较少的水充满成形的沟内；在轴流泵工作的过程中冲起的泥沙沿涵道罩内部的涵道向前流动，在挖沟机前部被海流带走。

8.海底管道挖沟机，主要包括通过脐带缆与脐带绞车连接的挖沟机机体，其特征在于，所述挖沟机机体包括机架、对称设置在机架左右两侧的左右离心泵、设置在机架中下部的挖泥泵，所述机架自身左右两侧底部置于左右滑靴上，所述机架前面设置有前护管器，后面设置有后护管器；所述前护管器左右两侧还设置有左右导管；所述左右离心泵的出口接至前护管器的左右导管，前护管器左右导管成为喷嘴的安装壁，另外将挖泥泵吸入口接至后护管器的左右导管，将其做为挖泥泵的吸管。

9.根据权利要求8所述的海底管道挖沟机，其特征在于，所述脐带绞车与脐带绞车液压站连接并相互构成控制单元，所述脐带绞车还与高压水发生单元连接，而高压水发生单元则连接在高压水动力单元上。

10.根据权利要求8所述的海底管道挖沟机，其特征在于，所述脐带绞车还与至少一套泵动力单元连接。

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