CN105780771B - 一种用于自升式平台耦合型仿生桩靴 - Google Patents

一种用于自升式平台耦合型仿生桩靴 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于自升式平台耦合型仿生桩靴，包括上锥体、下锥体和桩腿，所述上锥体上固定有若干个桩腿，上锥体的外形为蛋形，所述下锥体为若干个球台状第一壳体相连接，上一个第一壳体底部为下一个第一壳体顶部，最下端的第一壳体连接圆锥状的第二壳体。本发明的用于自升式平台耦合型仿生桩靴，在插桩过程中，所述具有田螺仿生外形的桩靴下锥体与海底接触，待到桩靴所受阻力达到一定值，桩靴不再继续下陷，平台稳定站立在海上，桩靴所受阻力小，插桩效率高；在拔桩过程中，所述具有蛋形仿生外形的桩靴上锥体，在桩靴出土过程中相比于传统桩靴结构，使平台在拔桩时能减少海底淤泥对桩靴的阻力影响，拔桩速度更快，工作效率提高，具有很高的安全性与可靠性。

Description

一种用于自升式平台耦合型仿生桩靴
技术领域
本发明涉及用于自升式平台耦合型仿生桩靴，适用于大陆架海域的油气勘探与开发的自升式钻井平台设备。
背景技术
自升式钻井平台所处工作环境中，海底地质相对较软，通过在桩腿上安装一个相对面积较大的桩腿可以使自升式平台获得其工作需要的支撑力并减少对海底的地面压强。桩靴的设计水平直接关系到整个平台的插、拔桩性能和站立稳定性。由于自升式平台所受的环境载荷随工作水深增加显著提高，进而对桩靴的强度、桩土连接刚度、抗滑移能力及插、拔桩性能要求更高，以保证整个平台工作的安全性。为达到增大桩腿与海底地面的接触面积和提高平台稳定性的目的，现有的桩靴结构形式有圆形、矩形、多边形及锥形，然而并不能有效解决平台在插桩过程中随着桩靴入土受到较大阻力以及桩靴面积增大所引起在拔桩过程中的拔腿时间增长，拔腿难度增加的问题。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于自升式平台耦合型仿生桩靴，结构新颖、提高插桩时桩靴的钻土能力、减少拔桩阻力、缩短拔桩时间、提高工作效率、安全性好、可靠性高。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种用于自升式平台耦合型仿生桩靴，包括上锥体、下锥体和桩腿，所述上锥体上固定有若干个桩腿，上锥体的外形为蛋形，所述下锥体为若干个球台状第一壳体相连接，相邻两个第一壳体中，上一个第一壳体的底部为下一个第一壳体的顶部，最下端的第一壳体连接圆锥状的第二壳体。
作为优选，所述上锥体外轮廓为旋转面，旋转面的母线方程为：
x1轴为桩靴垂直中心线，y1为垂直x1并通过外轮廓的最底端，x1和y1的交点为原点，x1轴为旋转轴。
作为优选，所述第一壳体有两个。
作为优选，下锥体外轮廓为旋转面，下锥体的外轮廓的旋转母线的方程为x2为桩靴垂直中心线，y2为垂直x2 并通过下锥体的外轮廓的的最上端，x2和y2的交点为原点，x2轴为旋转轴。
作为优选，所述第二壳体的锥角为50°。
作为优选，所述桩靴的长与高之比为1:1.2～1.6。
作为优选，所述桩靴的长与高之比为1:1.4。
上锥体的轮廓为蛋形，蛋壳为回转型薄壁结构，是一种满足正高斯曲线的多交点流线型壳体。鸡蛋两端大小不同，对鸡蛋出生过程的观察可发现母鸡为减少生产的疼痛感通常为大端首先产出，大端先出可以减少产蛋的阻力。考虑到桩靴上锥体在拔桩过程中受到较大土层所给阻力，通过设计桩靴上锥体为蛋形来获得拔桩阻力较小的桩靴结构。
而桩靴下锥体要求在桩靴入土过程中入土能力强，并具有较高的承载力使得自升式平台稳定工作，现有桩靴下锥体结构如圆锥面并不具备较为优异的性能。田螺为一种生活于水底土壤中的贝类生物。田螺壳体为坚硬的右旋结构，外部由螺旋面、螺旋部、体螺层及缝合线构成，内部由螺旋面加强。螺壳外部与土壤之间具有良好的连接刚性，其外部特殊的膨胀结构允许其在土壤中钻行较易。受到田螺的外形结构及与其相对的生活习性的启发，通过仿生田螺来设计构造本桩靴下锥体，具有螺壳外形的桩靴下锥体在桩靴入土过程中其特殊的螺壳外形可轻易破开土层，并且在桩靴承载过程中其膨胀的螺壳结构可以提供足够承载力。
有益效果：本发明的用于自升式平台耦合型仿生桩靴，在插桩过程中，所述具有田螺仿生外形的桩靴下锥体与海底接触，其所具有的特殊仿生田螺外形使得桩靴具有优异的钻土能力，待到桩靴所受阻力达到一定值，桩靴不再继续下陷，平台稳定站立在海上，桩靴所受阻力小，插桩效率高；在拔桩过程中，所述具有蛋形仿生外形的桩靴上锥体，在桩靴出土过程中相比于传统桩靴结构，使平台在拔桩时能减少海底淤泥对桩靴的阻力影响，拔桩速度更快，工作效率提高，具有很高的安全性与可靠性。
附图说明
图1为本发明的主视图。
图2为上锥体仿生蛋形壳外形曲线。
图3为下锥体仿生田螺形壳外形曲线。
具体实施方式
如图1至图3所示，本发明的一种用于自升式平台耦合型仿生桩靴，包括上锥体2、下锥体5和桩腿1，所述上锥体2上固定有若干个桩腿1，上锥体2的外形为蛋形，所述下锥体5为两个球台状的第一壳体4相连接，上一个第一壳体4底部为下一个第一壳体4顶部，最下端的第一壳体4连接圆锥状的第二壳体，所述下锥体5的横截面为圆形，所述上锥体2外轮廓为旋转面，旋转面的母线方程为 取(0≤x1≤33.43)部分，x1轴为桩靴垂直中心线，y1为垂直x1并通过外轮廓的最底端，x1和y1的交点为原点，x1轴为旋转轴，坐标如图1和图2所示，下锥体5外轮廓为旋转面，下锥体5的外轮廓的旋转母线的方程为x2为桩靴垂直中心线，y2为垂直x2并通过下锥体5的外轮廓的的最上端，x2和y2的交点为原点，x2轴为旋转轴，坐标如图1和图3所示。
在本发明中，圆锥状的第二壳体为内角50°的圆锥，所述上锥体2和下锥体5通过铸造制备，上锥体2和下锥体5通过螺栓3连接。所述桩靴的长与高之比应满足1：1.2～1.6，即图1中的L：H＝1：1.2～1.6，优选为1：1.4，外形曲线构造出来的桩靴具有较为良好的插拔桩性能。
综合上述两种结构蛋壳的流线型结构和螺壳的膨胀结构具有足够大的空间利用率，桩靴上锥体2与桩靴下锥体5均为无肋壳结构，保证了桩靴内部喷冲系统等装置的安装空间。在仿生桩靴中将两种特性进行耦合设计，在插桩过程中螺壳结构使得桩靴入土阻力小，并在工作完成后使平台受到较大支撑力，平台工作平稳。蛋形结构拔桩过程中阻力小于普通桩靴，而底部圆锥用于降低整个平台的滑移风险。本发明所选用上蛋下螺形桩靴对改进现有普通桩靴所存在的问题有极大的改进。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于自升式平台耦合型仿生桩靴，其特征在于：包括上锥体、下锥体和桩腿，所述上锥体上固定有若干个桩腿，上锥体的外形为蛋形，所述下锥体为若干个球台状第一壳体相连接，上一个第一壳体底部为下一个第一壳体顶部，最下端的第一壳体连接圆锥状的第二壳体；所述上锥体外轮廓为旋转面，旋转面的母线方程为：
x1轴为桩靴垂直中心线，y1为垂直x1并通过外轮廓的最底端，x1和y1的交点为原点，x1轴为旋转轴。
2.根据权利要求1所述的用于自升式平台耦合型仿生桩靴，其特征在于：所述第一壳体有两个。
3.根据权利要求2所述的用于自升式平台耦合型仿生桩靴，其特征在于：桩靴下锥体外轮廓为旋转面，下锥体的外轮廓的旋转母线的方程为x2为桩靴垂直中心线，y2为垂直x2并通过下锥体的外轮廓的的最上端，x2和y2的交点为原点，x2轴为旋转轴。
4.根据权利要求1所述的用于自升式平台耦合型仿生桩靴，其特征在于：所述第二壳体的锥角为50°。
5.根据权利要求1所述的用于自升式平台耦合型仿生桩靴，其特征在于：所述桩靴的长与高之比为1:1.2～1.6。
6.根据权利要求5所述的用于自升式平台耦合型仿生桩靴，其特征在于：所述桩靴的长与高之比为1:1.4。
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