CN103938630A - 一种深水液压打桩锤及其动力装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于深水液压打桩锤的动力装置，深水液压打桩锤包括锤体和伸缩头，动力装置包括支撑框架和动力模块，支撑框架能够拆卸地安装在锤体上，一套以上动力模块安装在支撑框架内，动力模块包括缓冲减震系统、驱动系统和供油系统，缓冲减震系统安装在支撑框架内，驱动系统和供油系统安装在缓冲减震系统上，驱动系统包括电机和液压泵，电机和液压泵封闭设置于能够调节压力的罐体中，供油系统包括油箱，油箱封闭设置于能够调节压力的罐体中，电机传动连接液压泵，液压泵通过油路将油箱的油液泵送至锤体内的液压系统中，以驱动伸缩头动作。本发明中动力模块设置于打桩锤上，动力传输路径短，可以实现可靠、稳定、高效地深水打桩作业。

Description

一种深水液压打桩锤及其动力装置

技术领域

本发明涉及深水液压打桩技术，尤其与深水液压打桩中提供动力的装置结构有关。 

背景技术

液压打桩锤是一种具有效率高、噪声低、污染小、可抗拒恶劣的海上环境等特点的新型打桩设备，主要应用于港口、跨海大桥、海上采油导管架平台、深水结构物、深水采油树及海上风电安装等领域。 

深水液压打桩锤的工作水深范围为400～2000m。由于水深压力大、海底地形复杂、环境恶劣及海浪大等因素，用于深水设备安装的深水打桩锤必须能够承超压、抗风浪、抗冲击、抗变形、抗断裂、抗疲劳等，并能克服海底地形干扰，技术水平要求高。 

随着海洋工程、深海石油、深海采矿等技术的发展，人类对海洋的探索已转向深海区域。普通打桩锤的液压站设置在地面，通过管路连通水下作业的打桩锤，由于深水作业的打桩锤距离地面较远，因此液压站在通过管路动力传输时损耗大，而且不稳定，因此导致打桩锤作业质量和效率都大打折扣，无法完成在大深度海域进行的水下桩基作业。 

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的为提供一种能够可靠、稳定、高效地在深水环境中进行打桩作业的深水液压打桩锤及其动力装置。 

为实现上述目的，本发明的技术方案如下： 

一种用于深水液压打桩锤的动力装置，所述深水液压打桩锤包括锤体和伸缩头，所述动力装置包括支撑框架和动力模块，所述支撑框架能够拆卸地安装在所述锤体上，所述动力模块安装在所述支撑框架内，数量为一套以上， 所述动力模块包括缓冲减震系统、驱动系统和供油系统，所述缓冲减震系统安装在所述支撑框架内，所述驱动系统和供油系统安装在所述缓冲减震系统上，所述驱动系统包括电机和液压泵，所述电机和液压泵封闭设置于能够调节压力的罐体中，所述供油系统包括油箱，所述油箱封闭设置于能够调节压力的罐体中，所述电机传动连接所述液压泵，所述液压泵通过油路将所述油箱的油液泵送至所述锤体内的液压系统中，以驱动所述伸缩头动作。 

进一步，所述支撑框架呈环形分布，固定安装在所述深水液压打桩锤的外周面上，所述动力模块为3套或4套，均匀布设于所述支撑框架内。 

进一步，所述缓冲减震系统包括支座、缓冲缸、缓冲油路和蓄能器，所述支座用于支撑安装所述驱动系统和供油系统，所述缓冲缸缸体安装在所述支撑框架内，动力输出端连接所述支座，所述蓄能器通过所述缓冲油路连通所述缓冲缸。 

进一步，所述驱动系统包括所述电机和液压泵，以及第一罐和第一油压补偿器，所述电机和液压泵套设于所述第一罐中，所述第一罐密封设置，内部填充油液，所述第一罐连通所述第一油压补偿器，所述第一油压补偿器根据环境压力向所述第一罐中补充油液，使所述第一罐的内外压力保持平衡。 

进一步，所述第一油压补偿器包括壳体、胶囊、连接管和安装法兰，所述壳体上设置有连通外部环境的通口，所述胶囊设置于所述壳体内，且所述胶囊内部填充有油液，所述连接管分别连通所述胶囊和所述第一罐，所述安装法兰用于安装所述第一油压补偿器。 

进一步，所述电机为油浸式高压潜水电机，所述液压泵为恒压变量泵。 

进一步，所述供油系统包括所述油箱，以及第二罐和第二油压补偿器，所述油箱套设于所述第二罐中，所述第二罐密封设置，内部填充油液，所述第二罐连通所述第二油压补偿器，所述第二油压补偿器根据环境压力向所述第二罐中补充油液，使所述第二罐的内外压力保持平衡。 

进一步，所述第二油压补偿器包括壳体、胶囊、连接管和安装法兰，所述壳体上设置有连通外界环境的通口，所述胶囊设置于所述壳体内，且所述胶囊内部填充有油液，所述连接管分别连通所述胶囊和所述第二罐，所述安装法兰用于安装所述第二油压补偿器。 

进一步，所述驱动系统和所述供油系统均连接设置有压力传感器。 

为实现上述目的，本发明还提供如下技术方案： 

一种深水液压打桩锤，包括锤体和伸缩头，还包括如上所述的动力装置，所述动力装置能够拆卸地安装在所述锤体上。 

本发明的有益效果在于，本发明与现有技术相比，本发明中动力模块设置于打桩锤上，动力传输路径短，可以实现可靠、稳定、高效地深水打桩作业，而且本发明的动力模块中电机、液压泵和油箱均设置于压力可调的封闭罐体中，从而可以适应深水环境，另外缓冲减震系统提高了本发明作业的可靠性和稳定性。 

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细说明： 

图1为本发明的用于深水液压打桩锤的动力装置主视结构示意图； 

图2为本发明的用于深水液压打桩锤的动力装置剖视结构示意图； 

图3为本发明的用于深水液压打桩锤的动力装置俯视结构示意图。 

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。 

本发明的深水液压打桩锤包括锤体11和伸缩头。如图1-3所示，锤体11上固定设置连接部，本发明的用于深水液压打桩锤的动力装置通过螺栓螺母安装在打桩锤的锤体11的该连接部上，方便进行拆装，实现模块化。本发明的动力装置包括支撑框架2和一个或多个动力模块3。支撑框架2为框架结构，且呈环形分布，通过螺栓螺母安装在锤体11的连接部上，以保护设置于其中的动力模块3。动力模块3数量在一套以上，通常为3套或4套，本实施例中为4套，多套动力模块3均匀布设于支撑框架2内，以使深水液压打桩锤保持平衡。 

本发明中，动力模块3包括缓冲减震系统36、驱动系统32和供油系统34。缓冲减震系统36安装在支撑框架2内，并固定安装在支撑框架2的底部。缓冲减震系统36包括支座61、缓冲缸62、缓冲油路63和蓄能器64，支座 61用于支撑安装驱动系统32和供油系统34，缓冲缸62连通缓冲油路63，且缸体固定安装在支撑框架2内，动力输出端连接支座61，蓄能器64通过缓冲油路63连通缓冲缸62，以起到缓冲作用。 

驱动系统32和供油系统34安装在缓冲减震系统36上，以免受大的冲击，提高本发明的抗冲击能力。驱动系统32包括第一罐21、电机23、液压泵25和第一油压补偿器27，电机23和液压泵25封闭地套设于第一罐21中，电机23传动连接液压泵25，液压泵25通过油路连接油箱43，并通过管路和压力控制阀组13连通打桩锤的液压系统，以驱动深水液压打桩锤动作。第一罐21密封设置，内部填充油液。第一罐21连通第一油压补偿器27，第一油压补偿器27根据环境压力向第一罐21中补充油液，使第一罐21的内外压力保持平衡，从而保护设置于第一罐21中的电机23和液压泵25。其中，电机23为油浸式高压潜水电机，液压泵25为恒压变量泵，以降低液压传动的能量损耗。 

供油系统34包括第二罐41、油箱43和第二油压补偿器47，油箱43封闭地套设于第二罐41中，第二罐41密封设置，内部填充油液。第二罐41连通第二油压补偿器47，第二油压补偿器47根据环境压力向第二罐41中补充油液，使第二罐41的内外压力保持平衡。 

本发明中，第一油压补偿器27和第二油压补偿器47的结构基本相同，均包括壳体71、胶囊72、连接管73和安装法兰74。其中，壳体71上设置有连通外部环境的通口，以与外部环境压力一致，胶囊72设置于壳体71内，且胶囊72内部填充有油液，连接管73一端连通胶囊72，另一端分别和第一罐21、第二罐41连通，安装法兰74用于安装第一油压补偿器27和第二油压补偿器47。在深水环境中，水进入壳体71内，在水压力增大时压迫胶囊72，使胶囊72中的油液通过连接管73向第一罐21或第二罐41中流动，直到达到压力平衡，从而使第一罐21和第二罐41中内外环境压力相同，保护其中的电机23、液压泵25和油箱43，使电机23、液压泵25和油箱43在深水环境中能够正常运行。 

另外，本发明中，为进一步提高安全性，在驱动系统32和供油系统34上均连接设置有压力传感器5，以监控驱动系统32和供油系统34的压力情况，在出现异常时可及时排除，避免发生事故。 

本发明的工作过程如下所述： 

电机23驱动液压泵25，使液压油具有一定的能量，以驱动打桩锤的液压缸往复运动。打桩锤到深水进行打桩作业时，当下潜到一定深度，第一罐21和第二罐41内压力低于外界海水压力，需对其进行补偿压力，如上所述，该补偿过程分别通过第一油压补偿器27和第二油压补偿器47实现。进行打桩作业时，油箱43内液压油进入压力控制阀组13通过油管驱动打桩锤1的液压缸往复运动，以使伸缩头12往复动作。 

本发明的优点和有益效果是： 

1、电机23和液压泵25封闭在第一罐21内，且有第一油压补偿器27随水深增加及时对第一罐21进行及时补偿，以保证电机23、液压泵25恒定的工作环境； 

2、油箱43封闭在第二罐41内，且有第二油压补偿器47随水深增加及时对第二罐41进行及时补偿，以保证油箱43恒定的工作环境； 

3、油浸式高压潜水电机具有良好的密封性，内部可充油，具有漏水预警功能，适应2500m水深高压低温的工作环境，保持性能的情况下具有较小的体积和重量； 

4、缓冲减震系统36有效地避免了打桩锤桩基作业时强烈的震动对本发明的元器件的损坏； 

5、本发明在结构设计紧凑、体积小的情况下，由水面上设置变为随打桩锤下潜到深水，避免了液压油长距离沿程能量损失，大幅提高桩基作业效率。 

因此，本发明有助于促进海洋工程装备、深水石油装备自主研发，也有助于其它深海设备研发能力的提升，并做出技术示范。对加快我国开发深海矿产资源、油气资源具有巨大的帮助。 

本发明的技术方案已由优选实施例揭示如上。本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所揭示的本发明的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种用于深水液压打桩锤的动力装置，所述深水液压打桩锤包括锤体和伸缩头，其特征在于，所述动力装置包括支撑框架和动力模块，所述支撑框架能够拆卸地安装在所述锤体上，所述动力模块安装在所述支撑框架内，数量为一套以上，所述动力模块包括缓冲减震系统、驱动系统和供油系统，所述缓冲减震系统安装在所述支撑框架内，所述驱动系统和供油系统安装在所述缓冲减震系统上，所述驱动系统包括电机和液压泵，所述电机和液压泵封闭设置于能够调节压力的罐体中，所述供油系统包括油箱，所述油箱封闭设置于能够调节压力的罐体中，所述电机传动连接所述液压泵，所述液压泵通过油路将所述油箱的油液泵送至所述锤体内的液压系统中，以驱动所述伸缩头动作。

2.如权利要求1所述的用于深水液压打桩锤的动力装置，其特征在于，所述支撑框架呈环形分布，固定安装在所述深水液压打桩锤的外周面上，所述动力模块为3套或4套，均匀布设于所述支撑框架内。

3.如权利要求1所述的用于深水液压打桩锤的动力装置，其特征在于，所述缓冲减震系统包括支座、缓冲缸、缓冲油路和蓄能器，所述支座用于支撑安装所述驱动系统和供油系统，所述缓冲缸缸体安装在所述支撑框架内，动力输出端连接所述支座，所述蓄能器通过所述缓冲油路连通所述缓冲缸。

4.如权利要求1所述的用于深水液压打桩锤的动力装置，其特征在于，所述驱动系统包括所述电机和液压泵，以及第一罐和第一油压补偿器，所述电机和液压泵套设于所述第一罐中，所述第一罐密封设置，内部填充油液，所述第一罐连通所述第一油压补偿器，所述第一油压补偿器根据环境压力向所述第一罐中补充油液，使所述第一罐的内外压力保持平衡。

5.如权利要求4所述的用于深水液压打桩锤的动力装置，其特征在于，所述第一油压补偿器包括壳体、胶囊、连接管和安装法兰，所述壳体上设置有连通外部环境的通口，所述胶囊设置于所述壳体内，且所述胶囊内部填充有油液，所述连接管分别连通所述胶囊和所述第一罐，所述安装法兰用于安装所述第一油压补偿器。

6.如权利要求4所述的用于深水液压打桩锤的动力装置，其特征在于，所述电机为油浸式高压潜水电机，所述液压泵为恒压变量泵。

7.如权利要求1所述的用于深水液压打桩锤的动力装置，其特征在于，所述供油系统包括所述油箱，以及第二罐和第二油压补偿器，所述油箱套设于所述第二罐中，所述第二罐密封设置，内部填充油液，所述第二罐连通所述第二油压补偿器，所述第二油压补偿器根据环境压力向所述第二罐中补充油液，使所述第二罐的内外压力保持平衡。

8.如权利要求7所述的用于深水液压打桩锤的动力装置，其特征在于，所述第二油压补偿器包括壳体、胶囊、连接管和安装法兰，所述壳体上设置有连通外界环境的通口，所述胶囊设置于所述壳体内，且所述胶囊内部填充有油液，所述连接管分别连通所述胶囊和所述第二罐，所述安装法兰用于安装所述第二油压补偿器。

9.如权利要求1所述的用于深水液压打桩锤的动力装置，其特征在于，所述驱动系统和所述供油系统均连接设置有压力传感器。

10.一种深水液压打桩锤，包括锤体和伸缩头，其特征在于，还包括如权利要求1-9任一所述的动力装置，所述动力装置能够拆卸地安装在所述锤体上。