CN104612157A - 自升式平台船支撑桩腿上拔带排污通道水力减阻系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自升式平台船支撑桩腿上拔带排污通道水力减阻系统，包括船体、桩靴、桩腿上段部和桩腿下段部，所述桩腿下段部的管壁上设有多个第一喷头，所述桩靴的上靴壁、侧靴壁和下靴壁上均设有多个第二喷头，多个第一喷头和第二喷头均通过高压水管与安装在船体上的高压水泵相连接，当多个第一喷头和第二喷头开启后，所述桩腿下段部的外周和桩靴的外周形成一与海水相连通的水通道；多个第二喷头中，至少有一个第二喷头处设有排污管。本发明通过多个第一喷头和第二喷头所喷出的高压水冲走附着在桩腿下段部和桩靴外表面的淤泥，并通过排污管将淤泥排出至海水中，以在桩腿下段部和桩靴的外周形成一与海水相连通的水通道，从而减少拔桩力，保证拔桩的顺利进行。
Description
技术领域
本发明涉及海上风电设备领域，特别是涉及一种用于自升式风电安装船的自升式平台船支撑桩腿上拔带排污通道水力减阻系统。
背景技术
近年来，风电行业得到迅猛发展，正在上升至我国未来主流能源之一的地位，特别是海上风电场具有不占用土地资源、发电效率高、不污染环境等特点，已成为未来重要的能源产业发展方向之一。海上风电场开发设备主要包括海上风力发电机组、以及用于运输和吊装海上风力发电机组的自升式风电安装船，自升式风电安装船主要包括船体、多条桩腿和设在每条桩腿底部的桩靴。作业时，自升式风电安装船航行至作业目的地，通过控制装置驱动桩腿垂直下移，直至桩靴和部分桩腿插入海底的淤泥内，从而把船体顶离海面来进行施工作业。当需要变换施工位置时，则需先进行拔桩作业，再通过自升式风电安装船的航行重新调整施工位置，之后再重新使船顶离海面进行施工作业。
目前，我国海上风电施工区域大部分都是属于软土性质，自升式风电安装船在施工作业时，桩腿插入海底淤泥内的深度深达20多米，故在拔桩移船时，上拔阻力(主要包括：淤泥对桩靴下底面的真空吸附力、桩靴上方及拔桩扩散角范围内淤泥重量、桩靴及桩腿侧面的摩擦阻力等)因为入泥过深而变得较大，常常出现桩靴上拔困难的现象。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种有效减小上拔阻力、并将桩靴外周的淤泥有效排出的自升式平台船支撑桩腿上拔带排污通道水力减阻系统。
为实现上述目的，本发明提供一种自升式平台船支撑桩腿上拔带排污通道水力减阻系统，包括船体、呈管状的桩腿和固设在桩腿下端的桩靴，所述桩腿包括插入海水中的桩腿上段部和插入淤泥中的桩腿下段部，所述桩腿下段部的管壁上设有多个第一喷头、且多个第一喷头的喷嘴均置于桩腿下段部外，所述桩靴的上靴壁、侧靴壁和下靴壁上均设有多个第二喷头、且多个第二喷头的喷嘴均置于桩靴外，多个第一喷头和第二喷头均通过高压水管与安装在船体上的高压水泵相连接，当多个第一喷头和第二喷头开启后，所述桩腿下段部的外周和桩靴的外周形成一与海水相连通的水通道；多个第二喷头中，至少有一个第二喷头处设有排污管，所述排污管包括内设的排污通道、以及分别设在排污管两端的淤泥进口和淤泥出口，所述淤泥进口置于桩靴外、且与第二喷头并排设置，所述淤泥出口置于海水中。
进一步地，还包括气管，所述气管上端的进气口与安装在船体上的空压机相连接，所述气管下端的出气口位于淤泥进口处、并与排污通道相连通。
优选地，所述高压水管、排污管和气管均包括位于桩靴内的软管和位于桩腿内的硬管，所述软管和硬管之间通过法兰或快速接头相连接。
优选地，所述高压水管、排污管和气管上均设有一控制阀。
进一步地，所述第二喷头包括两个设在上靴壁上且前后对称分布的喷头A、两个设在上靴壁上且左右对称分布的喷头B、四个设在侧靴壁上的喷头C和四个设在下靴壁上的喷头D，两个喷头A处均设有所述排污管。
进一步地，还包括保护罩，所述保护罩包括固定在上靴壁中的底座、位于底座上方的罩板、以及位于上靴壁和罩板之间的多个立柱，所述喷头A的喷嘴和排污管的淤泥进口均固定在底座中、且均被罩板覆盖，所述底座和罩板之间形成有第一通腔，罩板上设有多个与第一通腔相连通的第一通孔。
优选地，所述喷头A的喷嘴和排污管的淤泥进口之间设有一位于第一通腔中的隔板，该隔板的上下两端分别与罩板和底座固定连接，所述隔板上还设有多个与第一通腔相连通的第二通孔。
进一步地，多个第一喷头处均设有一与桩腿下段部的外表面固定连接的喷头保护盖，多个除喷头A之外的第二喷头处均设有一与桩靴的外表面固定连接的喷头保护盖；所述喷头保护盖与桩腿下段部之间、喷头保护盖与桩靴之间均形成有第二通腔，且喷头保护盖上开设有多个与第二通腔相连通的第三通孔。
如上所述，本发明涉及的自升式平台船支撑桩腿上拔带排污通道水力减阻系统，具有以下有益效果：
本发明在拔桩时，通过多个第一喷头和第二喷头所喷出的高压水冲走附着在桩腿下段部和桩靴外表面的淤泥，并通过排污管将淤泥排出至海水中，以在桩腿下段部和桩靴的外周形成一与海水相连通的水通道，从而减少拔桩力，保证拔桩的顺利进行。
附图说明
图1、图2为本发明的结构示意图。
图3为图1的俯视图。
图4为图3的A-A向剖视图。
图5为本发明中保护罩的结构示意图。
图6为图5的俯视图。
图7为本发明中喷头保护盖与第一喷头或第二喷头的连接示意图。
元件标号说明
1 桩腿下段部
2 桩靴
21 上靴壁
22 侧靴壁
23 下靴壁
3 第一喷头
4 第二喷头
41 喷头A
42 喷头B
43 喷头C
44 喷头D
5 高压水管
7 排污管
71 排污通道
72 淤泥进口
8 气管
81 软管
82 硬管
9 保护罩
91 底座
911 底板
912 前侧板
913 后侧板
914 左侧板
915 右侧板
92 罩板
921 第一通孔
922 第一三角板
923 第二三角板
93 立柱
94 第一通腔
941 内腔体
942 外腔体
95 隔板
951 第二通孔
10 控制阀
11 喷头保护盖
111 第二通腔
112 第三通孔
12 连接法兰
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1至图4所示，本发明提供一种自升式平台船支撑桩腿上拔带排污通道水力减阻系统，包括船体、呈管状的桩腿和固设在桩腿下端的桩靴2，所述桩腿包括插入海水中的桩腿上段部和插入淤泥中的桩腿下段部1，所述桩腿下段部1的管壁上设有多个第一喷头3、且多个第一喷头3的喷嘴均置于桩腿下段部1外，所述桩靴2的上靴壁21、侧靴壁22和下靴壁23上均设有多个第二喷头4、且多个第二喷头4的喷嘴均置于桩靴2外，多个第一喷头3和第二喷头4均通过高压水管5与安装在船体上的高压水泵相连接，当多个第一喷头3和第二喷头4开启后，所述桩腿下段部1的外周和桩靴2的外周形成一与海水相连通的水通道；多个第二喷头4中，至少有一个第二喷头4处设有排污管7，所述排污管7包括内设的排污通道71、以及分别设在排污管7两端的淤泥进口72和淤泥出口，所述淤泥进口72置于桩靴2外、且与第二喷头4并排设置，所述淤泥出口置于海水中。
本发明涉及的拔桩水力减阻系统具有排污功能，在拔桩时，开启多个第一喷头3和第二喷头4后，高压水泵将高压水通过高压水管5输送至第一喷头3处、并由第一喷头3的喷嘴向桩腿下段部1的外周喷射，以打散、稀释、清除附着在桩腿下段部1外表面上的淤泥；高压水泵将高压水通过高压水管5输送至第二喷头4处、并由第二喷头4的喷嘴向桩靴2的外周喷射，以打散、稀释、清除附着在桩靴2外表面上的淤泥。桩腿下段部1外周的淤泥被打散、稀释后，淤泥在自身重力的作用下落入桩靴2的外周、尤其会堆积在桩靴2的上靴壁21上，因此，在上靴壁21上设置的多个第二喷头4中，在至少一个第二喷头4处设置与该第二喷头4紧邻的排污管7；当该第二喷头4的喷嘴喷出高压水后，高压水将附着在桩靴2的上靴壁21上的淤泥打散并稀释，且稀释后的淤泥依次进入排污管7的淤泥进口72、排污通道71、淤泥出口后排出至位于淤泥上方的海水中，最终在桩腿下段部1的外周和桩靴2的外周形成一与海水相连通的水通道。通过所形成的水通道连通了位于桩腿下段部1上方的海水与桩靴2底面，从而消除了桩靴2底面和淤泥之间的真空吸附力，让桩靴2底面承受压力，同时还减少了淤泥与桩腿下段部1之间、淤泥与上靴壁21和侧靴壁22之间的摩擦力；通过在第二喷头4处设置排污管7可将位于桩靴2四周、特别是位于桩靴2上方的淤泥排出，以减少拔桩过程中淤泥对桩靴2的阻力，进而大大减少拔桩时所需的拔桩力，减阻效果好，最终保证拔桩的顺利进行。同时，所形成的水通道为一高压水通道，具有一定的压力，有效保证被清除的淤泥不会重新附着在桩腿下段部1和桩靴2的外周面上。另外，该自升式平台船支撑桩腿上拔带排污通道水力减阻系统结构简单、安全可靠、易于操作、承载能力强、拆装方便，且其通过高压水泵抽取海水直接作为输送给第一喷头3和第二喷头4、并形成所述水通道的高压水，其成本低。
本发明中，所述第二喷头4包括两个设在上靴壁21上且前后对称分布的喷头A41、两个设在上靴壁21上且左右对称分布的喷头B42、四个设在侧靴壁22上的喷头C43和四个设在下靴壁23上的喷头D44，两个喷头A41处均设有所述排污管7，即排污管7有两根，分别设在位于桩靴2的上靴壁21上两个前后对称分布的喷头A41处；当然，在实际应用中，可根据实际需求来设定第二喷头4的个数和位置、以及排污管7的个数和位置。
进一步地，如图2和图4所示，还包括气管8，所述气管8上端的进气口与安装在船体上的空压机相连接，所述气管8下端的出气口位于淤泥进口72处、并与排污通道71相连通。所述空压机用于提供压缩空气，压缩空气由进气口进入气管8内部、并从出气口处排出至排污通道71内，将进入淤泥进口72处的淤泥打散和稀释，防止淤泥堵塞排污管7的淤泥进口72，保证排污通道71的畅通无阻，使淤泥在高压水和压缩空气共同的作用下顺利排出至排污管7外。
优选地，本申请中，与第一喷头3相连接的高压水管5均位于桩腿内，与第二喷头4相连接的高压水管5、排污管7和气管8有一部分位于桩靴2内，有一部分位于桩腿内，为了便于高压水管5、排污管7、气管8在桩靴2内的弯曲设置，则与第二喷头4相连接的高压水管5、排污管7和气管8均包括位于桩靴2内的软管81和位于桩腿内的硬管82，从而方便高压水管5、排污管7、气管8在桩靴2内的弯曲分布。较优地，所述软管81为圆形的橡胶软管81，所述硬管82为圆形的无缝钢管，软管81和硬管82之间通过法兰或快速接头相连接；具体说，高压水管5的硬管82端部和软管81端部、以及排污管7的硬管82端部和软管81端部均设有连接法兰13，两个连接法兰13对接后通过多个螺栓固定连接；气管8的硬管82端部和软管81端部通过一快速接头实现固定连接。另外，多个第一喷头3和第二喷头4与高压水管5均为法兰连接，即多个第一喷头3和第二喷头4的端部均设有连接法兰13，该连接法兰13与高压水管5端部的连接法兰13对接后通过多个螺栓固定连接。
优选地，所述高压水管5、排污管7和气管8上均设有一控制阀10，分别用于控制高压水管5、排污管7和气管8的开或关。本实施例中，所述控制阀10为球阀，且均设置高压水管5、排污管7和气管8的硬管82上。
进一步地，如图4至图6所示，所述喷头A41和淤泥进口72的上方还设有保护罩9，所述保护罩9包括固定在上靴壁21中的底座91、位于底座91上方的罩板92、以及位于上靴壁21和罩板92之间的多个立柱93，所述喷头A41的喷嘴和排污管7的淤泥进口72均固定在底座91中、且均被罩板92覆盖，所述底座91和罩板92之间形成有第一通腔94，罩板92上设有多个与第一通腔94相连通的第一通孔921。优选地，所述喷头A41的喷嘴和排污管7的淤泥进口72之间设有一位于第一通腔94中的隔板95，该隔板95的上下两端分别与罩板92和底座91固定连接，所述隔板95上还设有多个与第一通腔94相连通的第二通孔951。
本申请中，所述隔板95将第一通腔94分隔成两个腔体，分别为靠近桩腿下段部1且位于淤泥进口72上方的内腔体941、和靠近桩靴侧靴壁22且位于喷头A41上方的外腔体942，所述内腔体941和外腔体942通过隔板95上的第二通孔951相连通。所述罩板92由两个左右对称设置的第一三角板922和两个前后对称设置的第二三角板923焊接而成，其中，两个前后对称设置的第二三角板923分别位于喷头A41和淤泥进口72的正上方，所述第一通孔921开设在这两个第二三角板923上。所述底座91由底板911、前侧板912、后侧板913、左侧板914和右侧板915焊接而成，所述立柱93与罩板92、立柱93与上靴壁21、隔板95与罩板92、隔板95与底座91、底座91与上靴壁21均为焊接连接，且底座91、立柱93、隔板95和罩板92的材质均为Q235。喷头A41喷射高压水时，高压水从外腔体942的四周、位于喷头A41正上方的第一通孔921、以及第二通孔951处喷出，以打散淤泥；打散的淤泥从位于淤泥进口72正上方的第一通孔921和内腔体941的四周进入淤泥进口72，故在高压水的水压作用下，淤泥不会进入喷头A41中，从而有效防止喷头A41被堵塞，起到保护作用。
进一步地，如图1和图4所示，多个第一喷头3处均设有一与桩腿下段部1的外表面固定连接的喷头保护盖11，多个除喷头A41之外的第二喷头4处均设有一与桩靴2的外表面固定连接的喷头保护盖11；所述喷头保护盖11与桩腿下段部1之间、喷头保护盖11与桩靴2之间均形成有第二通腔111，且喷头保护盖11上开设有多个与第二通腔111相连通的第三通孔112。所述喷头保护盖11用于防止在插拔桩的过程中，淤泥进入并堵死第一喷头3或除喷头A41之外的第二喷头4，从而防止第一喷头3和第二喷头4损坏；在拔桩时，高压水由第一喷头3的喷嘴或第二喷头4的喷嘴喷出后，直接进入第二通腔111中、并从第二通腔111的两侧和第三通孔112处进入桩腿下段部1的外周和桩靴2的外周。
优选地，如图7所示，所述喷头保护盖11为一朝远离第一喷头3或远离第二喷头4的方向弯曲的弧形板，该弧形板表面光滑，且喷头保护盖11与桩腿下段部1、桩靴2均为焊接连接，从而减少插拔桩时喷头保护盖11的外周面与海水和淤泥之间的摩擦力。本实施例中，所述弧形板的横截面呈半圆形。
在实际应用中，所述第一喷头3的直径和个数、第一喷头3在桩腿下段部1上的位置分布、第二喷头4的直径和个数、第二喷头4在桩靴2上的位置分布、以及排污管7的数量和位置分布等均可根据实际需求具体来设定，以下举一实施例来说明第一喷头3、第二喷头4的分布情况。
桩腿下段部1上由下至上依次设至多组上下等距分布的喷头组，位于最下端的喷头组距桩靴2的距离为2000mm，每隔2000mm再设一组喷头组，在桩腿下段部1与桩靴2的连接处也设置一组喷头组；每组喷头组包括三个所述第一喷头3，其中，一个第一喷头3位于桩腿下段部1的一侧，另两个第一喷头3并列位于桩腿下段部1的另一侧，所述第一喷头3的直径均为20mm。
桩靴2上设置的多个第二喷头4中，两个喷头A41的直径为30mm，两个喷头B42、四个喷头C43和四个喷头D44的直径均为20mm。
较优地，每个第一喷头3与每个第二喷头4均采用一控制开关进行单独控制，通过驱动控制开关来控制第一喷头3和第二喷头4的开启或关闭；每个第一喷头3与每个第二喷头4均通过一高压水管5与高压水泵相连接。但为了减少桩腿内部高压水管5的布置，本实施例中，每组喷头组所包含的三个第一喷头3分开进行控制，每路高压水管5控制两个第一喷头3，即单喷头侧每路高压水管5控制上下两个第一喷头3，双喷头侧每路高压水管5控制一层两个第一喷头3。
拔桩时，开启高压水管5上的控制阀10，开启桩腿下段部1上的第一喷头3，且多个第一喷头3由上至下逐步开启，每路每路进行开启，即首先开启最上方的第一喷头3，再开启下部的第一喷头3、并关闭上部的第一喷头3，直至最下方第一喷头3开启，从而保证每个第一喷头3开启后都具有足够的水压；然后开启桩靴2的上靴壁21上的两路喷头B42、四路喷头C43、以及四路喷头D44，以打通通道；最后开启排污管7上的控制阀10和气管8上的控制阀10，开启所有的第一喷头3和第二喷头4，使其在桩腿下段部1的外周和桩靴2的外周形成一与海水相连通的水通道、并将淤泥排出，从而在桩腿拔桩过程中减少拔桩力。上述喷头开启的方式中，在水压足够大的情况下，多个第一喷头3可同时开启。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种自升式平台船支撑桩腿上拔带排污通道水力减阻系统，包括船体、呈管状的桩腿和固设在桩腿下端的桩靴(2)，所述桩腿包括插入海水中的桩腿上段部和插入淤泥中的桩腿下段部(1)，其特征在于：所述桩腿下段部(1)的管壁上设有多个第一喷头(3)、且多个第一喷头(3)的喷嘴均置于桩腿下段部(1)外，所述桩靴(2)的上靴壁(21)、侧靴壁(22)和下靴壁(23)上均设有多个第二喷头(4)、且多个第二喷头(4)的喷嘴均置于桩靴(2)外，多个第一喷头(3)和第二喷头(4)均通过高压水管(5)与安装在船体上的高压水泵相连接，当多个第一喷头(3)和第二喷头(4)开启后，所述桩腿下段部(1)的外周和桩靴(2)的外周形成一与海水相连通的水通道；多个第二喷头(4)中，至少有一个第二喷头(4)处设有排污管(7)，所述排污管(7)包括内设的排污通道(71)、以及分别设在排污管(7)两端的淤泥进口(72)和淤泥出口，所述淤泥进口(72)置于桩靴(2)外、且与第二喷头(4)并排设置，所述淤泥出口置于海水中。
2.根据权利要求1所述的自升式平台船支撑桩腿上拔带排污通道水力减阻系统，其特征在于：还包括气管(8)，所述气管(8)上端的进气口与安装在船体上的空压机相连接，所述气管(8)下端的出气口位于淤泥进口(72)处、并与排污通道(71)相连通。
3.根据权利要求2所述的自升式平台船支撑桩腿上拔带排污通道水力减阻系统，其特征在于：所述高压水管(5)、排污管(7)和气管(8)均包括位于桩靴(2)内的软管(81)和位于桩腿内的硬管(82)，所述软管(81)和硬管(82)之间通过法兰或快速接头相连接。
4.根据权利要求2所述的自升式平台船支撑桩腿上拔带排污通道水力减阻系统，其特征在于：所述高压水管(5)、排污管(7)和气管(8)上均设有一控制阀(10)。
5.根据权利要求1所述的自升式平台船支撑桩腿上拔带排污通道水力减阻系统，其特征在于：所述第二喷头(4)包括两个设在上靴壁(21)上且前后对称分布的喷头A(41)、两个设在上靴壁(21)上且左右对称分布的喷头B(42)、四个设在侧靴壁(22)上的喷头C(43)和四个设在下靴壁(23)上的喷头D(44)，两个喷头A(41)处均设有所述排污管(7)。
6.根据权利要求5所述的自升式平台船支撑桩腿上拔带排污通道水力减阻系统，其特征在于：还包括保护罩(9)，所述保护罩(9)包括固定在上靴壁(21)中的底座(91)、位于底座(91)上方的罩板(92)、以及位于上靴壁(21)和罩板(92)之间的多个立柱(93)，所述喷头A(41)的喷嘴和排污管(7)的淤泥进口(72)均固定在底座(91)中、且均被罩板(92)覆盖，所述底座(91)和罩板(92)之间形成有第一通腔(94)，罩板(92)上设有多个与第一通腔(94)相连通的第一通孔(921)。
7.根据权利要求6所述的自升式平台船支撑桩腿上拔带排污通道水力减阻系统，其特征在于：所述喷头A(41)的喷嘴和排污管(7)的淤泥进口(72)之间设有一位于第一通腔(94)中的隔板(95)，该隔板(95)的上下两端分别与罩板(92)和底座(91)固定连接，所述隔板(95)上还设有多个与第一通腔(94)相连通的第二通孔(951)。
8.根据权利要求5所述的自升式平台船支撑桩腿上拔带排污通道水力减阻系统，其特征在于：多个第一喷头(3)处均设有一与桩腿下段部(1)的外表面固定连接的喷头保护盖(11)，多个除喷头A(41)之外的第二喷头(4)处均设有一与桩靴(2)的外表面固定连接的喷头保护盖(11)；所述喷头保护盖(11)与桩腿下段部(1)之间、喷头保护盖(11)与桩靴(2)之间均形成有第二通腔(111)，且喷头保护盖(11)上开设有多个与第二通腔(111)相连通的第三通孔(112)。
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