CN105155536A - 液压式水下卡桩器和由其构成的液压系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种液压式水下卡桩器，属于海洋装备技术领域。包括卡桩器框圈、蓄能器支架、液压缸组，其中：蓄能器支架设置在卡桩器框圈外环一侧，用于给液压缸组供油；采用至少四个液压缸的液压缸组均布在卡桩器框圈的外环一周，用于从周向夹紧内部的钢桩；液压缸内部通过活塞杆联接的压块受夹紧力左右运动，垂直作用力于内部夹紧的钢桩表面。本发明与现有技术相比，其有益效果在于本发明提供的液压式水下卡桩器采用的液压缸周向均匀分布，定位和导向准确；液压缸同步性能好，无需杠杆增大夹紧力，对钢桩破坏力小，同时具有较大的安全可靠的夹紧力。

Description

液压式水下卡桩器和由其构成的液压系统

技术领域

本发明涉及海洋装备技术领域，具体是液压式水下卡桩器和由其构成的液压系统。

背景技术

随着社会的发展和科学技术的进步，人类社会对能源的需求越来越大。当陆上油气资源经过长时期、大规模的开发之后，世界范围的油气勘探与开发转向了资源丰富的海洋，海洋石油开发是海洋资源开发利用的一部分。海洋平台，作为钻井、采油、生活供应等各种用途的大型复杂结构，是海洋石油天然气开发的基础性设施。平台的设计和建造是近海油气开发中至关重要的环节，由于海洋环境条件十分恶劣，海底平面的不可预见性，如何使海洋平台安全可靠的安装，使海上油气资源开发更经济，对海洋油气的开采具有十分重要的意义。随着我国海洋石油事业的发展，将有越来越多的导管架在东海和南海等较深水海域安装，而安装较深水导管架需要一些特殊的机具——水下夹桩器。

导管架卡桩器是一种广泛应用于较深海导管架安装的液压夹具。它的本体焊接在导管架上，支撑卡桩器液压缸，在周向均布的液压缸作用下，与活塞联接的压块齿压入钢桩，从而联接钢桩和导管架，最后沿卡桩器内壁浇灌水泥，在水下固联钢桩和导管架。现有的液压式卡桩器有两种，一种是相互独立的四个夹头板组成，四个夹头板从四个方向将桩柱夹紧，由于四个方向的位移难以做到同步，存在定位和导向不准的问题，而且卡桩器的卡桩力难以提高；另一种液压式卡桩器的特点是油缸水平安装在夹头箱两侧，通过倍率杠杆使夹紧力增大来夹紧桩体，但也存在夹紧力不大且倍率杠杆容易损坏的问题。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，卡桩器的定位和导向不准，卡桩力难以提高，夹紧力不大且倍率杠杆容易损坏的问题，本发明提出了液压式水下卡桩器和其构成的液压系统，采用液压控制方式，通过活塞联接的压块齿压入钢桩，实现联接钢桩和导管架。

为了解决上述的技术问题，本发明提出的基本技术方案为：

一种液压式水下卡桩器，包括卡桩器框圈、蓄能器支架、液压缸组，其中：蓄能器支架设置在卡桩器框圈外环一侧，用于给液压缸组供油；采用至少四个液压缸的液压缸组均布在卡桩器框圈的外环一周，用于从周向夹紧内部的钢桩；压块机构设置在液压缸内部，其活塞杆联接的压块受夹紧力左右运动垂直作用于钢桩表面。由于压块的材料硬度远大于钢桩表面的屈服极限，钢桩表面产生塑性变形，压块齿部嵌入钢桩表面一定深度，利用压块齿部的抗剪切力承受导管架的重量进行夹持，所需要的夹紧力将大大降低，以防止夹紧力过大破坏钢桩的稳定性。

优选的，液压缸通过六角头螺栓、垫圈及六角头螺母将液压缸缸筒的顶部和卡桩器框圈外侧的凸台压紧，将液压缸均布固定在卡桩器框圈的圆周上。

优选的，液压缸配置一油管夹，油管夹焊接在液压缸一侧的卡桩器框圈上。

优选的，蓄能器支架焊接在卡桩器框圈上，用于支撑内部一蓄能器。

优选的，蓄能器通过卡箍螺栓和卡箍螺母固定在一卡箍内，该卡箍通过螺钉周定在蓄能器支架上。

优选的，液压缸组包括十个结构和功能相同的液压缸，均是液压缸缸筒底部内嵌卡环，卡环对液压缸底盖进行定位，通过卡环螺钉将卡环与液压缸底盖固定。

优选的，液压缸底盖通过内六角紧定螺钉周向固定在缸筒内壁上，其接合面处还安装有底盖密封圈，用于实现液压缸底盖的静密封。

优选的，导向柱通过螺纹连接方式固定在液压缸底盖内，柱塞套在导向柱上，实现导向的同时防止柱塞周向转动，柱塞和缸筒内壁的结合面安装缸筒O型密封圈和挡圈实现动密封，防尘圈安装在液压缸缸筒内壁的凸台上。

优选的，压块通过垫板、球面垫圈、内六角圆柱螺钉固定在柱塞的前端。油孔软管接头通过螺纹连接的方式安装在进油口、出油口内。

一种由液压式水下卡桩器构成的液压系统，由液压式水下卡桩器、定量泵、单向阀、压力继电器、电液比例换向阀、等量分流器、溢流阀、二位二通电磁阀和油箱构成，其中定量泵输出的流量在溢流阀调定的供油压力下，其中一部分流量经比例换向阀后，压力降为工作压力，经过等量分流器进入液压缸左腔并作用于有效工作面积上，克服负载推动液压缸的活塞以一定速度向右运动；另一部分流量经溢流阀流回油箱。定量泵输出的油液经单向阀进入系统，同时也进入蓄能器。当工作部件停止运动时，系统压力升高，压力继电器发出电信号，使二位二通电磁阀通电，于是定量泵输出的油液即在低压下经过溢流阀和电磁阀流回油箱，使系统卸荷。当系统间歇停止工作时，换向阀的电磁铁都断电，阀处于中位，这时定量泵经单向阀向蓄能器充油。

本发明提供的液压式水下卡桩器作为一种辅助工具，采用液压方式，可应用到较深海固定式石油开采平台导管架的调平、固定和灌浆，有益效果在于：

1、卡桩器的液压缸周向均匀分布，定位和导向准确；

2、液压缸同步性能好，无需杠杆增大夹紧力，对钢桩破坏力小，同时具有较大的安全可靠的夹紧力。

附图说明

图1一种液压式水下卡桩器俯视图；

图2一种液压式水下卡桩器I向局部视图；

图3一种液压式水下卡桩器II向局部视图；

图4一种液压式水下卡桩器液压缸主视图；

图5一种液压式水下卡桩器A向局部视图；

图6一种由液压式水下卡桩器构成的液压系统原理图；

图中标识说明：1-卡桩器框圈，2-液压缸，3-油管夹，4-蓄能器，5-蓄能器支架，6-吊环，7-六角头螺栓，8-垫圈，9-六角头螺母，10-油孔软管接头，11-卡环螺钉，12-卡环，13-液压缸底盖，14-导向柱，15-液压缸缸筒，16-进油口，17-出油口，18-侧向油塞，19-端部油塞，20-柱塞，21-压块，22-内六角圆柱螺钉，23-球面垫圈，24-垫板，25-防尘圈，26-缸筒O型密封圈，27-挡圈，28-底盖密封圈，29-内六角紧定螺钉，30-卡箍螺栓，31-卡箍螺母，32-卡箍，101-定量泵，102-单向阀，103-压力继电器，105-电液比例换向阀，106-等量分流器，107-溢流阀，108-二位二通电磁阀，110-油箱。

具体实施方式

以下将结合附图1至附图6和实施例对本发明做进一步的说明，但不应以此来限制本发明的保护范围。

本发明提出了一种液压式水下卡桩器，包括卡桩器框圈1、蓄能器支架5、液压缸组，其中：

蓄能器支架5设置在卡桩器框圈1外环一侧，用于给液压缸组供油；

液压缸组采用至少四个液压缸2均布在卡桩器框圈1外环一周；

液压缸内部通过活塞杆联接有压块21，压块21受活塞杆的夹紧力左右运动，垂直作用力于内部夹紧的钢桩表面。

一种由液压式水下卡桩器构成的液压系统，包括液压式水下卡桩器、定量泵101、单向阀102、压力继电器103、电液比例换向阀105、等量分流器106、溢流阀107、二位二通电磁阀108和油箱110，其中：

定量泵101输出的流量在溢流阀107调定下，一部分流量经比例换向阀105降压后，经过等量分流器106进入液压缸2，推动活塞运动；

另一部分流量通过压力继电器103发出电信号使二位二通电磁阀108通电，经溢流阀107和电磁阀108流回油箱110，油液经单向阀102进入系统和蓄能器4，使系统卸荷；

当液压系统间歇停止工作时，换向阀105的电磁铁断电，定量泵101经单向阀102向蓄能器充油。

下面给出本发明的优先实施例，并结合附图加以说明。

实施例一

如附图1至附图5所示，本发明提供的液压式水下卡桩器是一种应用于较深海导管架调平和灌浆的液压夹具，作用于外径为φ2134mm的裙桩进行卡紧工作，最大操作压力为20.7MP101。

液压式水下卡桩器的液压缸2规格：柱塞直径110mm，行程50mm。该液压式水下卡桩器包括卡桩器框圈1、蓄能器支架5、液压缸组和压块机构，其中：

蓄能器支架5设置在卡桩器框圈1外环一侧，用于给液压缸组供油；

采用至少四个液压缸2的液压缸组均布在卡桩器框圈1的外环一周，用于从周向夹紧内部的钢桩；

压块机构设置在液压缸内部，其活塞杆联接的压块21受夹紧力左右运动垂直作用力于钢桩表面。

通过六角头螺栓7、垫圈8及六角头螺母9将液压缸缸筒15的端部和卡桩器框圈1的凸台压紧，进而将液压缸2固定在卡桩器框圈1上，液压缸2均布在卡桩器圆周方向上。油管夹3通过焊接的方式固定在卡桩器框圈1上，以便油管的固定。蓄能器4通过卡箍螺栓30、卡箍螺母31固定在卡箍32内，卡箍32通过螺钉固定在蓄能器支架5上，蓄能器支架5焊接在卡桩器框圈1上。液压缸组包括10个液压缸，它们的结构和功能相同，均是液压缸缸筒15底部内嵌卡环12，卡环12对液压缸底盖13进行定位，通过卡环螺钉11将卡环12与液压缸底盖13固定，此外，通过内六角紧定螺钉29对液压缸底盖13进行周向固定，液压缸底盖13和缸筒内壁的接合面处安装有底盖密封圈28实现静密封。导向柱14通过螺纹连接方式固定在液压缸底盖13内，柱塞20套在导向柱14上，实现导向的同时防止柱塞20周向转动，柱塞20和缸筒内壁的结合面安装缸筒O型密封圈26和挡圈27实现动密封，防尘圈25安装在液压缸缸筒15内壁的凸台上。压块21通过垫板24、球面垫圈23、内六角圆柱螺钉22固定在柱塞20的前端。油孔软管接头10通过螺纹连接的方式安装在进油口16、出油口17内。

此液压式水下卡桩器由卡桩器框圈1、蓄能器支架5、液压缸组、压块机构四部分组成，采用液压控制方式，具有良好的导向性，液压缸同步性能好，对钢桩破坏力小，同时具有较大的夹紧力等特点，能够满足海洋石油开采平台施工作业时钢桩的卡紧要求。

实施例二

如附图6所示，一种由液压式水下卡桩器构成的液压系统，包括液压式水下卡桩器、定量泵101、单向阀102、压力继电器103、电液比例换向阀105、等量分流器106、溢流阀107、二位二通电磁阀108和油箱110，其中：

定量泵101输出的流量在溢流阀107调定下，一部分流量经比例换向阀105降压后，经过等量分流器106进入液压缸2，推动活塞运动；

另一部分流量通过压力继电器103发出电信号使二位二通电磁阀108通电，经溢流阀107和电磁阀108流回油箱110，油液经单向阀102进入系统和蓄能器4，使系统卸荷；

当液压系统间歇停止工作时，换向阀105的电磁铁断电，定量泵101经单向阀102向蓄能器充油。

具体工作流程为：

1)启动液压系统控制阀使液压泵处于工作状态，定量泵101输出的流量在溢流阀107调定的供油压力下，其中一部分流量经比例换向阀105后，压力降为工作压力，经过等量分流器106进入液压缸2左腔并作用于有效工作面积上，克服负载推动液压缸2的活塞以一定速度向右运动；另一部分流量经溢流阀107流回油箱110。

2)液压缸2活塞杆伸出，带动压块向钢桩方向运动，周向均布的10个压块同时夹紧钢桩，此时，系统不需要液压泵供油，由蓄能器4保持系统中的油压，并使液压泵卸荷。定量泵101输出的油液经单向阀102进入系统，同时也进入蓄能器4。当工作部件停止运动时，系统压力升高，压力继电器103发出电信号，使二位二通电磁阀108通电，于是定量泵101输出的油液即在低压下经过溢流阀107和电磁阀108流回油箱110，使系统卸荷。这时蓄能器4使系统继续保持压力，并使单向阀102关闭。系统中的泄漏则由蓄能器放出的压力油进行补偿，当蓄能器中压力过低时，压力继电器103可以发出电信号使二位二通电磁阀108断电，定量泵101再次向系统供油。

3)采用蓄能器的目的是可以使用流量较小的液压泵。当系统短期需要大流量时，系统就由定量泵101和蓄能器4共同向液压缸2供油，实现快速运动。当系统间歇停止工作时，换向阀105的电磁铁都断电，阀处于中位，这时定量泵101经单向阀102向蓄能器充油。蓄能器充油完毕，则压力升高，控制溢流阀107打开阀口，定量泵101输出的油液即经溢流阀107卸荷。

通过应用本发明提供的液压式水下卡桩器和由其构成的液压系统，积极效果体现在：卡桩器的液压缸周向均匀分布，定位和导向准确；液压缸同步性能好，无需杠杆增大夹紧力，对钢桩破坏力小，同时具有较大的安全可靠的夹紧力。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种液压式水下卡桩器，其特征在于，包括卡桩器框圈(1)、蓄能器支架(5)、液压缸组，其中：

蓄能器支架(5)设置在卡桩器框圈(1)外环一侧，用于给液压缸组供油；

液压缸组采用至少四个液压缸(2)均布在卡桩器框圈(1)外环一周；

液压缸内部通过活塞杆联接有压块(21)，压块(21)受活塞杆的央紧力左右运动，垂直作用力于内部夹紧的钢桩表面。

2.根据权利要求1所述的液压式水下卡桩器，其特征在于，液压缸(2)通过六角头螺栓(7)、垫圈(8)及六角头螺母(9)将液压缸缸筒(15)的顶部和卡桩器框圈(1)外侧的凸台压紧，将液压缸(2)均布固定在卡桩器框圈(1)的外侧一周。

3.根据权利要求1所述的液压式水下卡桩器，其特征在于，液压缸(2)一侧配置一油管夹(3)，焊接在卡桩器框圈(1)上。

4.根据权利要求1所述的液压式水下卡桩器，其特征在于，蓄能器支架(5)焊接在卡桩器框圈(1)上，用于支撑内部的蓄能器(4)。

5.根据权利要求4所述的液压式水下卡桩器，其特征在于，蓄能器(4)通过卡箍螺栓(30)和卡箍螺母(31)固定在一卡箍(32)内，该卡箍(32)通过螺钉固定在蓄能器支架(5)上。

6.根据权利要求1所述的液压式水下卡桩器，其特征在于，液压缸(2)的液压缸缸筒(15)底部内嵌卡环(12)，卡环(12)对液压缸底盖(13)进行定位，通过卡环螺钉(11)将卡环(12)与液压缸底盖(13)固定。

7.根据权利要求6所述的液压式水下卡桩器，其特征在于，液压缸底盖(13)通过内六角紧定螺钉(29)周向固定在缸筒内壁上，其接合面处夹有底盖密封圈(28)。

8.根据权利要求1所述的液压式水下卡桩器，其特征在于，导向柱(14)通过螺纹连接方式固定在液压缸底盖(13)内，柱塞(20)套在导向柱(14)上，柱塞(20)和缸筒内壁的结合面安装缸筒O型密封圈(26)和挡圈(27)，防尘圈(25)设置在液压缸缸筒(15)内壁的凸台上。

9.根据权利要求1所述的液压式水下卡桩器，其特征在于，压块(21)通过垫板(24)、球面垫圈(23)、内六角圆柱螺钉(22)固定在柱塞(20)的前端。

10.一种由如权利要求1至9之一所述的液压式水下卡桩器构成的液压系统，其特征在于，包括液压式水下卡桩器、定量泵(101)、单向阀(102)、压力继电器(103)、电液比例换向阀(105)、等量分流器(106)、溢流阀(107)、二位二通电磁阀(108)和油箱(110)，其中：

定量泵(101)输出的流量在溢流阀(107)调定下，一部分流量经比例换向阀(105)降压后，经过等量分流器(106)进入液压缸(2)，推动活塞运动；

另一部分流量通过压力继电器(103)发出电信号使二位二通电磁阀(108)通电，经溢流阀(107)和电磁阀(108)流回油箱(110)，油液经单向阀(102)进入系统和蓄能器(4)，使系统卸荷；

当液压系统间歇停止工作时，换向阀(105)的电磁铁断电，定量泵(101)经单向阀(102)向蓄能器充油。