CN106536829B - 用于具有纵向方向的挖泥船的定位桩系统和挖泥船 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于具有纵向方向的挖泥船的定位桩系统(1)，该定位桩系统(1)包括；定位桩支架(2)，用于将定位桩(3)以竖直姿态安装在定位桩支架中，并且该定位桩支架(2)安装成用于围绕水平横向轴线进行有限旋转并且可相对于挖泥船在纵向方向上移动，用于推进挖泥船；以及定位桩支架驱动系统(4)，与挖泥船和定位桩支架(2)耦接，用于相对于挖泥船驱动定位桩支架(2)。

Description

用于具有纵向方向的挖泥船的定位桩系统和挖泥船

技术领域

本发明涉及一种用于具有纵向方向的挖泥船的定位桩(spud)系统，该定位桩系统具有与定位桩支架耦接的缆线悬挂系统，用于弹性地迫使所述定位桩处于竖直姿态。

背景技术

一般而言，绞吸式挖泥船装配有定位桩支架，当安装在定位桩支架中的工作定位桩穿入底部时，定位桩支架允许向前推动挖泥船。

长期以来，挖泥船已经配备有缆线悬挂系统以将定位桩支架保持直立。这样，避免定位桩支架和挖泥船之间的扭转，并且可以提高切割生产。

在由于海流、波浪、膨胀或其他原因而在挖泥船上施加大的外力的情况下，必须通过允许定位桩支架从中性位置(neutral position)让步于负载来防止定位桩和/或驱动定位桩支架的定位桩支架汽缸的过载。中性位置是指支架和定位桩的，在其中定位桩采取竖直姿态。

然而，考虑到绞吸式挖泥船的生产能力，重要的是，定位桩支架的中性位置a)被很好地限定，并且b)在消除过载条件之后，定位桩支架快速返回到该中性位置。

已知定位桩支架通过缆线系统保持在垂直位置中，过载保护可以通过允许滑轮中的至少一个移动来实现。结果，定位桩支架将旋转并且让步于过载。简单地将气体弹簧(蓄能器)连接到该缆线系统防止发生过载，但是结果是在过载之前和之后没有很好地限定的定位桩的固定位置。从WO2006130934中已知这种定位桩支架系统，其中公开了一种用于容纳具有纵向方向的挖泥船的基本垂直的定位桩的设备，包括安装成围绕水平横向轴线进行有限旋转的定位桩托架，其中在纵向方向上在船和定位桩之间在偏压下布置至少第一弹簧装置和第二弹簧装置，其目的是吸收定位桩托架上的力矩，所述第一弹簧装置和第二弹簧装置在定位桩的无负载情况下彼此补偿；并且至少一个弹簧装置设置有弹簧力限制装置，用于从定位桩托架上所确定的最大力矩限制所述弹簧元件中的张力。

发明内容

本发明的目的是提供一种定位桩系统，其中，支架的中性位置被更好地限定，并且便于返回到所述中性位置。

本发明的另一个目的是提供一种定位桩系统，其中至少部分地解决与已知定位桩系统相关联的问题。

本发明的又一个目的是提供一种可选的定位桩系统。

根据本发明的第一方面，这通过用于具有纵向方向的挖泥船的定位桩系统实现，该定位桩系统包括：

-定位桩支架，用于将定位桩以竖直姿态安装在支架中的，并且该定位桩支架安装成用于围绕水平横向轴线进行有限旋转，并且可相对于挖泥船在纵向方向上移动，用于推进挖泥船，

-定位桩支架驱动系统，与挖泥船和定位桩支架耦接，用于相对于挖泥船驱动定位桩支架，

-缆线悬挂系统，与定位桩支架耦接，用于弹性地迫使所述定位桩处于竖直姿态，缆线悬挂系统包括至少第一缆线和第二缆线，第一缆线和第二缆线中的每一个均在定位桩支架的两侧上延伸，并且具有与挖泥船耦接的后端和前端，

-定位桩定心系统，通过缆线悬挂系统与定位桩支架可操作地耦接，用于保持安装在定位桩支架中的所述定位桩的竖直姿态，

其中，定位桩定心系统包括具有中心杆的定心汽缸，通过预应力装置在中心杆上施加定心力，所述中心杆朝向其中心位置受力，并且其中，第一缆线和第二缆线以这样的方式与中心杆耦接，即，使得中心杆通过第一缆线和第二缆线之间的张力差而被驱动，并且当张力差超过定心力时允许定位桩倾斜。

通过定心汽缸的中心杆耦接第一缆线和第二缆线有利于限定定位桩的中心位置，并且允许在消除过载条件之后快速返回到所述中心位置。另外，定位桩不需要泵流量(pumpcapacity)来返回到其中心位置。相反，定位桩返回到其中性位置是被动动作。此外，通过第一缆线和第二缆线之间的张力差驱动中心杆使得能够独立地调节缆线的张力和定心力。

在定位桩系统的实施例中，第一缆线与中心杆的一端流体连接。这种流体连接可以通过与流体导管耦接的液压汽缸实现。

在定位桩系统的实施例中，第二缆线与中心杆的相对端流体连接。

在定位桩系统的实施例中，缆线张紧系统包括与第一缆线耦接的用于张紧第一缆线的第一缆线张紧汽缸，并且第一缆线通过第一缆线张紧汽缸与中心杆的一端流体连接。

在定位桩系统的实施例中，缆线张紧系统包括与第二缆线耦接的用于张紧第二缆线的第二缆线张紧汽缸，并且第二缆线通过第二缆线张紧汽缸与中心杆的相对端流体连接。

在定位桩系统的实施例中，中心杆的一端和相对端各自终止于相应的第一定心流体腔和第二定心流体腔中，第一缆线张紧汽缸与第一定心流体腔流体连接，并且第二缆线张紧汽缸与第二定心流体腔流体连接。相应的缆线通过相应的缆线张紧汽缸和相应的定心流体腔而与中心杆流体连接。在定位桩上的力影响第一定心流体腔和第二定心流体腔中的压力。

在定位桩系统的实施例中，定位桩系统包括与第一缆线和第二缆线耦接的用于张紧这些缆线的缆线张紧设备，其中，张紧设备包括液压系统，该液压系统与第一缆线张紧汽缸和第二缆线张紧汽缸耦接，用于以等同的方式对这些缆线张紧汽缸加压，使得第一缆线和第二缆线被等同地拉伸。缆线张紧设备确保在操作期间不发生松弛缆线的状况。缆线张紧设备与定位桩上的实际负载结合确定了第一定心流体腔和第二定心流体腔中的压力。

在定位桩系统的实施例中，张紧设备包括活塞、活塞腔、与活塞腔耦接的用于对活塞腔加压的压力源、在与第一缆线张紧汽缸流体耦接的第一流体腔和与第二缆线张紧汽缸流体耦接的第二流体腔中延伸的活塞杆，其中，张紧设备被配置为使得在移动活塞杆时等量的流体从第一流体腔和第二流体腔位移或移入第一流体腔和第二流体腔中，使得第一缆线和第二缆线被等同地拉伸。

在定位桩系统的实施例中，预应力装置包括一对相对的加压流体腔，中心杆设置有中心凸缘，该中心凸缘布置成使得相对的加压流体腔在中心杆上施加定心力。优选地，一对相对的加压流体腔与共同的压力源流体连接。优选地，共同的压力源包括具有可调节气体压力的蓄能器，以便能够调节定心力。也可以想到，蓄能器具有可调节的力对位移特性。

在定位桩系统的实施例中，中心杆设置有自由活塞，并且定心力通过所述自由活塞施加。

在定位桩系统的实施例中，中心杆设置有一对相对的自由活塞，所述一对相对的自由活塞布置在中心凸缘的相对侧，并且定心力通过所述一对活塞施加。

本发明还涉及一种包括根据本发明的定位桩系统的挖泥船。

本发明还涉及一种包括在说明书中描述和/或在附图中示出的特性特征中的一个或多个的设备。

本发明还涉及一种包括在说明书中描述和/或在附图中示出的特性特征中的一个或多个的方法。

在本专利中讨论的各个方面可以组合以便提供另外的有利优点。

附图说明

参考以下附图将进一步阐明本发明，附图中：

图1以示意性侧视图示出现有技术的定位桩系统；

图2是图1现有技术的定位桩系统的定位桩力和定位桩角之间的关系的曲线图；

图3是根据本发明的定位桩系统的实施例；

图4是图3的定位桩系统的定位桩力和定位桩角之间的关系的曲线图；

图5是在过载条件下的图3的定位桩系统；以及

图6是根据本发明的定位桩系统的进一步的实施例。

具体实施方式

在图1中示出现有技术的定位桩系统1。定位桩系统1包括定位桩支架2，用于将定位桩3以竖直姿态安装在定位桩系统中。定位桩支架2安装成用于围绕虚拟水平横向轴线32进行有限旋转α，该有限旋转允许适应过载条件。定位桩系统1包括与挖泥船和定位桩支架2耦接的定位桩支架驱动系统4，用于驱动定位桩支架2。定位桩系统1具有第一缆线6和第二缆线7。第一缆线6和第二缆线7中的每一个均在定位桩支架2的两侧上延伸，并且利用两个线缆端与挖泥船耦接。定位桩系统1具有与第一缆线6耦接的用于张紧第一缆线的第一缆线张紧汽缸14。定位桩系统1具有与第二缆线7耦接的用于张紧第二缆线的第二缆线张紧汽缸13。第一缆线张紧汽缸14与蓄能器21耦接，并且第二缆线张紧汽缸13与蓄能器28耦接，用于对汽缸加压。

现在转到图2，其中示出图1现有技术的定位桩系统的定位桩力与定位桩角之间的关系的曲线图。现有技术的定位桩系统1的缺点在于定位桩的位置没有被很好地限定，并且定位桩上的力没有被充分地限制。

在图3中示出了根据本发明的定位桩系统1的实施例。定位桩系统1包括定位桩支架2，用于以竖直姿态安装定位桩支架中的定位桩3。定位桩支架2安装成用于围绕水平横向轴线32进行有限旋转α，该有限旋转允许适应过载条件。“安装成用于进行有限旋转”是指定位桩3和定位桩支架的组装，然而可以想到，定位桩3本身安装在定位桩支架2中用于进行有限旋转，而定位桩支架2本身可不旋转。

定位桩支架2可相对于挖泥船(未示出)在纵向方向上移动，用于推进挖泥船。因此，定位桩系统1包括与挖泥船和定位桩支架2耦接的定位桩支架驱动系统4，用于相对于挖泥船驱动定位桩支架2。

定位桩系统1包括与定位桩支架2耦接的缆线悬挂系统5。缆线悬挂系统5被配置为弹性地迫使所述定位桩3处于竖直姿态，该竖直姿态也称为“中性位置”。缆线悬挂系统5包括至少第一缆线6和第二缆线7。第一缆线6和第二缆线7中的每一个均在定位桩支架2的两侧上延伸，并且具有与挖泥船耦接的后端6a、7a和前端6f、7f。第一缆线6和第二缆线7以本来已知的并且不再进一步描述的方式通过多个滑轮或线缆轮与定位桩支架2耦接。可以想到不同数量的滑轮，只要缆线6、7能够迫使定位桩处于竖直姿态，如图3所示。

缆线悬挂系统5被配置为使得定位桩3上的负载导致第一缆线6和第二缆线7之间的张力差。

定位桩系统1包括定位桩定心(centring)系统8，用于保持安装在定位桩支架2中的所述定位桩3的竖直姿态。定位桩定心系统8通过缆线悬挂系统5与定位桩支架2可操作地耦接。定位桩定心系统8包括定心汽缸9。定心汽缸本来是已知的。

定心汽缸9具有中心杆10，该中心杆被迫朝向中心位置，如图3所示。中心杆10通过预应力装置25-30在中心杆10上施加定心力F而被迫朝向其中心位置。

预应力装置包括一对相对的加压流体腔25、26。中心杆设置有中心凸缘27。凸缘27布置成使得相对的加压流体腔25、26在中心杆10上施加定心力。中心杆10设置有一对相对的自由活塞29、30。这些活塞29、30布置在中心凸缘27的相对侧。定心力通过所述一对活塞29、30施加。定心力将活塞朝向凸缘27驱动。定心汽缸9设置有中心止动件33，用于限定中心杆10的中心位置。止动件33可以是周向的。

在操作期间，定位桩系统的功能如下。缆线张紧设备17张紧第一缆线6和第二缆线7以防止松弛的缆线。定心力将活塞29、30朝向止动件33驱动。在正常条件下，活塞29、30在止动件33的相对侧上抵靠(换句话说接触)止动件33，从而产生用于接收凸缘27的空间。在正常条件下，凸缘27被锁定在相对的活塞29、30之间。定位桩上的负载致使定位桩3倾斜角度α，并且引起第一缆线6和第二缆线7之间的张力差。现在，当第一缆线6和第二缆线7之间的张力差超过施加在自由活塞29、30上的定心力时，中心杆10将远离其中心位置移动，如图5所示。当移出中心杆的中心位置时，凸缘27邻接活塞29、30中的一个并且随其一起整体移动。中心杆10的移动引起从第一定心流体腔15和第二定心流体腔16中的流体的位移。通过这些腔15、16与缆线张紧汽缸13、14的流体耦接，缆线6、7被放出或拉入，使得定位桩3可倾斜，并且定位桩和船之间的负载减小，如图4所示。

这里，一对相对的加压流体腔25、26与共同的压力源、蓄能器28流体连接。来自相对的加压流体腔25、26中的一个的排出液体将被容纳在蓄能器28中。在蓄能器中的压力可以通过调节装置(未示出)调节以调节定心力。

如上所述，定位桩定心系统8通过缆线悬挂系统5与定位桩支架2可操作地耦接。因此，缆线悬挂系统5的第一缆线6与中心杆10的一端11耦接。缆线悬挂系统5的第二缆线7与中心杆10的相对端12耦接。

定位桩系统1包括缆线张紧设备17，缆线张紧设备与缆线悬挂系统5耦接，更确切地说，与缆线悬挂系统的第一缆线6和第二缆线7耦接，用于张紧这些缆线6、7。该缆线张紧设备17对于防止可从皮带轮和滑轮脱落的松弛缆线或防止缆线悬挂系统5以其他方式起作用是重要的。关于缆线悬挂系统5，参考图1及其描述。缆线张紧设备17包括液压系统18，该液压系统与第一缆线张紧汽缸和第二缆线张紧汽缸耦接，用于以等同的方式对这两个缆线张紧汽缸加压，使得第一缆线和第二缆线被等同地拉伸。因此，张紧设备17包括与第一缆线张紧汽缸14流体耦接的第一流体腔23，以及与第二缆线张紧汽缸13流体耦接的第二流体腔24。缆线张紧设备17被配置为使得在移动活塞杆22时等量的流体从第一流体腔和第二流体腔位移或移入第一流体腔和第二流体腔中，使得第一缆线和第二缆线被等同地拉伸。

为了使流体位移，张紧设备包括活塞19、活塞杆22、活塞腔20和与活塞腔耦接的用于对活塞腔加压的压力源21。活塞杆22在第一流体腔23和第二流体腔24中延伸，其中，张紧设备被配置为使得在移动活塞杆22时等量的流体从第一流体腔和第二流体腔位移或移入到第一流体腔和第二流体腔中，使得第一缆线和第二缆线被等同地拉伸。

中心杆10由第一缆线6和第二缆线7之间的张力差驱动。当张力差超过定心力F时，允许定位桩3倾斜以保护定位桩。这可以在图4的第一象限和第三象限中看到，其中几乎水平的部分清楚地表明限制定位桩3上的力。

图6示出根据本发明的定位桩系统的实施例的一部分。使用不同的缆线张紧设备17，其中杆22是中空的。选择直径Dc、Dr和Di，使得在移动活塞杆22时，等量的流体从第一流体腔23和第二流体腔24移位或移入第一流体腔23和第二流体腔24中，使得第一缆线和第二缆线被均等地拉伸。另外，示出了与定心系统8平行的可选的弹簧设备34。弹簧设备34的构造类似于定心系统8的构造，然而，未设置止动件33和自由活塞29、30，并且凸缘也由活塞31代替。弹簧设备34的功能是调节缆线悬挂系统的刚度。在图4中，该较低的刚度导致该曲线图的较不陡峭的中间部分。

在包括以上描述和附图之后说明本发明的一些实施例并且不限于保护范围也将是明显的。从本公开开始，更多的实施例对于本领域的技术人员而言将是显而易见的，所述实施例在本发明的保护范围和本质内，并且是现有技术和本专利的公开内容的明显组合。

Claims (14)

1.一种用于具有纵向方向的挖泥船的定位桩系统(1)，所述定位桩系统包括：

-定位桩支架(2)，用于将定位桩(3)以竖直姿态安装在所述定位桩支架中，并且所述定位桩支架安装成用于围绕水平横向轴线进行有限旋转并且能够相对于所述挖泥船在纵向方向上移动，以用于推进所述挖泥船，

-定位桩支架驱动系统(4)，与所述挖泥船和所述定位桩支架耦接，以用于相对于所述挖泥船驱动所述定位桩支架，

-缆线悬挂系统(5)，与所述定位桩支架耦接，以用于弹性地迫使所述定位桩处于竖直姿态，所述缆线悬挂系统包括至少第一缆线(6)和第二缆线(7)，所述第一缆线和所述第二缆线中的每一个均在所述定位桩支架的两侧上延伸并且具有与所述挖泥船耦接的后端(6a、7a)和前端(6f、7f)，

-定位桩定心系统(8)，通过所述缆线悬挂系统与所述定位桩支架操作性地耦接，用于保持安装在所述定位桩支架中的所述定位桩的竖直姿态，

其中，所述定位桩定心系统包括具有中心杆(10)的定心汽缸(9)，通过预应力装置在所述中心杆上施加定心力，所述中心杆朝向中心位置受力，并且其中，所述第一缆线和所述第二缆线以这样的方式与所述中心杆(10)耦接，即，使得所述中心杆通过所述第一缆线和所述第二缆线之间的张力差而被驱动，并且当所述张力差超过所述定心力时允许所述定位桩倾斜。

2.根据权利要求1所述的定位桩系统，其中，所述第一缆线与所述中心杆的一端流体连接。

3.根据权利要求2所述的定位桩系统，其中，所述第二缆线与所述中心杆的相对端流体连接。

4.根据权利要求2所述的定位桩系统，其中，所述缆线悬挂系统包括与所述第一缆线耦接而用于张紧所述第一缆线的第一缆线张紧汽缸(13)，并且所述第一缆线通过所述第一缆线张紧汽缸与所述中心杆的一端流体连接。

5.根据权利要求3或4所述的定位桩系统，其中，所述缆线悬挂系统包括与所述第二缆线耦接而用于张紧所述第二缆线的第二缆线张紧汽缸(14)，并且所述第二缆线通过所述第二缆线张紧汽缸与所述中心杆的相对端流体连接。

6.根据权利要求5所述的定位桩系统，其中，所述中心杆的一端和相对端各自终止于相应的第一定心流体腔(15)和第二定心流体腔(16)中，所述第一缆线张紧汽缸与所述第一定心流体腔流体连接，并且所述第二缆线张紧汽缸与所述第二定心流体腔流体连接。

7.根据权利要求6所述的定位桩系统，所述定位桩系统包括与所述第一缆线和所述第二缆线耦接的用于张紧所述第一缆线和所述第二缆线的缆线张紧设备(17)，其中，所述张紧设备包括液压系统(18)，所述液压系统与所述第一缆线张紧汽缸和所述第二缆线张紧汽缸耦接，用于以等同的方式对所述第一缆线张紧汽缸和所述第二缆线张紧汽缸加压，使得所述第一缆线和所述第二缆线被等同地拉伸。

8.根据权利要求7所述的定位桩系统，其中，所述张紧设备包括活塞(19)、活塞腔(20)、与所述活塞腔耦接而用于对所述活塞腔加压的压力源(21)、在与所述第一缆线张紧汽缸流体耦接的第一流体腔(23)中和在与所述第二缆线张紧汽缸流体耦接的第二流体腔(24)中延伸的活塞杆(22)，其中，所述张紧设备被配置为使得在移动所述活塞杆时等量的流体从所述第一流体腔和所述第二流体腔移出或等量的流体移入至所述第一流体腔和所述第二流体腔中，使得所述第一缆线和所述第二缆线被等同地拉伸。

9.根据权利要求8所述的定位桩系统，其中，所述预应力装置包括一对相对的加压流体腔(25、26)，所述中心杆设置有中心凸缘(27)，所述中心凸缘布置成使得所述相对的加压流体腔在所述中心杆上施加所述定心力。

10.根据权利要求9所述的定位桩系统，其中，所述一对相对的加压流体腔与共同的压力源(28)流体连接。

11.根据权利要求10所述的定位桩系统，其中，所述共同的压力源包括蓄能器，所述蓄能器具有能调节的气体压力以便能够调节所述定心力。

12.根据权利要求11所述的定位桩系统，其中，所述中心杆设置有自由活塞(29)，并且所述定心力通过所述自由活塞施加。

13.根据权利要求12所述的定位桩系统，其中，所述中心杆设置有一对相对的自由活塞(29、30)，所述一对相对的自由活塞布置在所述中心凸缘的相对侧处，并且所述定心力通过所述一对相对的自由活塞施加。

14.一种挖泥船，所述挖泥船包括根据前述权利要求中任一项所述的定位桩系统(1)。