CN107975061A - 一种能旋转下贯的吸力式筒型基础 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能旋转下贯的吸力式筒型基础，涉及海洋工程技术领域，包括顶面封闭、下端开口的锚筒，所述锚筒的顶面设有抽水孔，抽水孔上连接潜水泵，还包括设置在锚筒顶端的旋转动力筒；所述旋转动力筒的内腔设有轴承柱，轴承柱上设有至少三片等间隔设置的射流挡板，每片射流挡板相对的旋转动力筒侧壁设有一圆形孔，圆形孔的内端设有导管，导管的管口正对射流挡板，旋转动力筒的顶端设有一出水孔，出水孔上连接潜水泵。本发明的有益效果是，吸力式筒型基础能明显减小吸力锚下贯阻力，改善因筒身外壁结构改变导致的安装困难的情况，提高安装效率，既能提高安装后的竖直抗拔承载力，又可以下贯阻力，还能消除土塞问题。

Description

一种能旋转下贯的吸力式筒型基础

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，特别是一种能旋转下贯的吸力式筒型基础。

背景技术

吸力式筒型基础是广泛应用于海洋工程中、发展前景良好的基础结构形式。其结构一般为一顶端封闭、下端敞开的钢筒，在海水中，受重力作用自由下沉直至筒下边缘插入海底土体，后利用水下潜水泵抽出筒内水体，形成内外压差，在内外压力差作用下，锚筒缓慢下贯。当下贯至锚筒内部顶端与海底土体接触完全时，下贯停止，此时卸去潜水泵，吸力锚安装完成。

绝大多数吸力式筒型基础的下贯方式为竖直下贯。筒壁光滑，可以减少下贯阻力，但安装完成后，其竖向抗拔承载力远远小于其侧向承载力。为提高其竖向抗拔承载力，人们可以适当改变筒身结构，如增大吸力锚的直径和长度，或者在筒身外壁设置倒棱，增大筒身与海底土体的摩擦力。但诸多结构的设计，明显增大了吸力式筒型基础下贯时的摩阻力，导致安装过程耗时大大增长，甚至导致安装失败。

吸力锚开口一端的筒身下贯沉入海底土体过程中，吸力锚筒身内部土体随下贯深度的加深，出现筒内土体高于同一水平面的海底高度的现象,即土塞问题。该问题导致吸力锚无法完全下贯至海底土体内，影响吸力锚抗拔稳定性和抗倾覆稳定性，导致安装的失败。

发明内容

本发明的目的是为了优化筒身结构，增大其抗拔承载力，同时减少其下贯时受到的摩阻力，保证吸力式筒型基础顺利安装，消除土塞问题的影响，设计了一种能旋转下贯的吸力式筒型基础。

实现上述目的本发明的技术方案为，一种能旋转下贯的吸力锚，包括顶面封闭、下端开口的锚筒，所述锚筒的顶面设有抽水孔，抽水孔上连接潜水泵，还包括设置在锚筒顶端的旋转动力筒；所述旋转动力筒的内腔设有轴承柱，轴承柱上设有至少三片等间隔设置的射流挡板，每片射流挡板相对的旋转动力筒侧壁设有一圆形孔，圆形孔的内端设有导管，导管的管口正对射流挡板，旋转动力筒的顶端设有一出水孔，出水孔上连接潜水泵。

进一步的，所述锚筒的顶面还设有进水孔，锚筒的内腔上端设有相互交错排列于筒心的至少两排等角度设置的倒置锥状体。

进一步的，所述射流挡板为叶片状，且其正对导管管口的迎水流面呈凹面状。

更进一步的，所述射流挡板的数量是三个，射流挡板以相间度设置在轴承柱上。

更进一步的，所述射流挡板的数量是四个，射流挡板以相间度设置在轴承柱上。

进一步的，所述锚筒的下端边缘设置成斜锯齿状结构。

更进一步的，所述锥状体的数量是两排或三排。

进一步的，所述旋转动力筒和锚筒的内径比是0.5-0.6。

进一步的，所述旋转动力筒和锚筒的高度比是0.2-0.25。

进一步的，所述圆形孔的内径为筒身直径的0.001，且圆形孔的内径与导管的内径相等。

作业时，由作业船舶放下吸力式筒型基础，依靠其重力下沉至接触预安装位置的海底面上方一定高度时，开启旋转动力筒上部的潜水泵，将其内部海水迅速抽空，外部海水在内外压力差作用下由圆形孔及其连接的导管进入封闭空间，形成射流，冲击射流挡板，产生旋转力。

旋转动力筒以轴承柱为旋转中心开始旋转，带动吸力式筒型基础开始旋转下贯。当锚筒完全插入海底面时，开启圆环处排水孔处潜水泵，抽出锚筒内部海水开始进行吸力式下贯。吸力式筒型基础可以边旋转边吸力式下贯。

当吸力式筒型基础下贯至海底土体在筒体内部高度高于筒体内部水平面时，锥状体用旋转打散高出水平面的土体，与筒身上部进水孔射入海水混合形成水土混合液，由锚筒排水孔潜水泵抽走，降低筒体内部海底土体高度，消除土塞问题，使吸力式筒型基础继续旋转下贯，增加下贯深度。

当吸力式筒型基础旋转下贯至筒身完全低于海底平面时，周围土体倾覆倒向筒身，掩盖阻塞筒身上表面圆环处的进水孔，进水停止，卸下锚筒排水孔处的抽水管道和潜水泵。吸力式筒型基础在继续旋转下贯至筒体内部全被海底土体填满。

当吸力式筒型基础完全进入土体后，周围土体倾覆倒向筒身，周围土颗粒由圆形孔进入旋转动力筒并逐渐填满整个旋转动力筒，旋转缓慢稳定停止；下筒亦逐渐停止打散筒内土体，筒身内部全部充满海底土体，锥状体没入筒内土体内部，此时卸去回收潜水泵及各个管路。

吸力式筒型基础旋转下贯完全停止后，周围土体在海底潜流的作用下由四周向中心汇聚，将吸力式筒型基础掩埋，安装完成。

利用本发明的技术方案制作的一种能旋转下贯的吸力式筒型基础，其有益效果是：吸力式筒型基础能明显减小吸力锚下贯阻力，改善因筒身外壁结构改变导致的安装困难的情况，提高安装效率，既能提高安装后的竖直抗拔承载力，又可以下贯阻力，还能消除土塞问题，具体的，其完全依靠海底深水压力，产生射流，冲击射流挡板，使整体以轴承为旋转中心旋转下贯，明显减少下贯阻力，筒身底部锯齿状设计，进一步增强吸力式筒型基础的破土、旋转下贯能力；同时，筒身内部设有相互交错排列的锥状体旋转，打散锚筒内部高出锚筒水平面的海底土体，与筒身顶端圆环处进水孔处射流海水混合，形成土水混合液，由排水孔抽走，解决土塞问题。

附图说明

图1是本申请吸力式筒型基础的立体外观图；

图2是本申请旋转动力筒的结构示意图(其上端移至图示一侧，原结构为整体)；

图3是本申请具有三片射流挡板的吸力式筒型基础结构示意图；

图4是本申请具有两排呈十字型分布的锥状体的锚筒结构示意图；

图5是本申请吸力式筒型基础的下降原理示意简图；

图6是本申请具有四片射流挡板的吸力式筒型基础结构示意图；

图7是本申请具有四排呈米字型分布的锥状体的锚筒结构示意图；

图8是本申请吸力式筒型基础使用说明状态图Ⅰ；

图9是本申请吸力式筒型基础使用说明状态图Ⅱ；

图10是本申请吸力式筒型基础使用说明状态图Ⅲ；

图11是本申请吸力式筒型基础使用说明状态图Ⅳ。

以上各图中，1、锚筒；2、排水孔；3、进水孔；4、旋转动力筒；41、轴承柱；42、射流挡板；43、圆形孔；44、导管；45、出水孔；46、锥状体。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：

一种能旋转下贯的吸力式筒型基础，如图1所示，包括顶面封闭、下端开口的锚筒1，所述锚筒1的顶面设有抽水孔2，抽水孔2上连接潜水泵，还包括设置在锚筒1顶端的旋转动力筒4，如图2、图3所示，该旋转动力筒4的外径小于锚筒1的直径，并且其内腔设有轴承柱41，轴承柱41上设有至少三片等间隔设置的射流挡板42，该射流挡板42可以采用叶片状，本实施例中，其数量是三个，故轴承柱41连接了3个相间120°的射流挡板42，在经整体优化设计考虑，此角度有利于射流动能转化为挡板机械能，其连接方式可采用焊接。每片射流挡板42相对的旋转动力筒4侧壁设有一圆形孔43，即旋转动力筒4的侧面有三个圆形孔43，每个圆形孔43均对应一块射流挡板42，在圆形孔43的内端焊接导管44，导管44的管口正对射流挡板42，即射流挡板42的凹面状正对水流面，引导射流可以集中冲击射流挡板42，优选的，该圆形孔43的内径和导管44的内径相同。另外，该旋转动力筒4的顶端还设有一出水孔45，该出水孔45也与潜水泵连接。

参见图4，锚筒1的顶面还设有进水孔3，锚筒1的内腔上端设有相互交错排列于筒心的两排呈十字型分布的锥状体46，使锥状体46恰好覆盖整个转动平面，该锥状体46可以选用三棱锥状钢钉。另外，可将筒壁最下边缘部分做成斜锯齿状结构，可以利用旋转，使接触面土体受力由挤压力变为剪切力，大大增强筒壁边缘破土能力，有利于筒体破土下贯。

该吸力式筒型基础的旋转原理是，参见图5，图中P是吸力式下贯产生的向下压力，f是下贯受到土体的摩擦力，M是以轴承住为中心的扭矩。利用潜水泵，通过旋转动力筒4顶端的出水孔45抽出其内部封闭空间的海水，使封闭空间与周围海水形成强大的压力差，外部海水通过三处微小圆形孔43形成高压射流冲击射流挡板42，射流挡板42以轴承柱41为中心旋转，同时带动旋转动力筒4及下部锚筒1共同旋转。

潜水泵从下部锚筒1的抽水孔2抽水，使锚筒1的筒内形成负压，开始吸力式下贯，筒身实现旋转下贯至海底土体内部。吸力式筒型基础旋转带动锚筒1内部上表面焊接的两排呈十字型分布的锥状体46共同旋转，且带棱一侧与旋转方向一致，扫掠面积可以覆盖整个突出的土体表面，打散吸力锚筒身内部高出水平面的土体，与从筒身上表面进水孔3进入海水形成土水混合浆液，由抽水孔2排出，解决土塞问题，保证吸力式筒型基础继续下贯，直至安装完成，此设计能够消除土塞现象，提高吸力式筒型基础下贯深度。需要说明的是，抽水孔2和出水孔45的排水流量远大于锚筒1及旋转动力筒4的进水流量，以维持内外压力差。

优选的，旋转动力筒4和锚筒1的内径比是0.5-0.6，若设计比例过大，封闭空间转动惯性矩变大，不利于筒体旋转；若设计比例过小，在射流冲击力一定情况下，力臂过小，产生的力矩不足以带动筒体旋转。所述旋转动力筒4和锚筒1的高度比是0.2-0.25，该旋转动力筒4的高度设计，保证挡板自身强度的同时，其高度过大，增会加不必要的自重荷载，影响旋转；高度过小，则使封闭空间的体积变小，导致其内外压力差变小，从而导致射流冲击力减小，产生扭矩过小。圆形孔43的内径为筒身直径的0.001，微小圆孔开孔过大，容易损坏挡板，过小又难以产生足够大的冲击力。在遇到特殊的环境时，上述尺寸应视实际工况而定。

另外，上述射流挡板42的数量也可以如图6所示的四个，在此不做具体限定；上述锥状体46的数量也可以如图7所示的四排，在此不做具体限定。

使用说明：

(1)、海上作业平台(船舶)航行至吸力式筒型基础安装位置上方，下放吸力式筒型基础，使其在重力作用下竖直下沉。

(2)、如图8所示，当下沉至安装位置上方一定距离时，开启旋转动力筒排水孔处设置的潜水泵，开始抽水；由于压力差，旋转动力筒内部海水通过圆形孔进入旋转动力筒，形成射流，冲击射流钢板，旋转动力筒以轴承柱为轴开始自转，带动吸力式筒型基础整体开始旋转下沉。

(3)、如图9所示，锚筒接触海底面时，开启锚筒上部出水孔处的潜水泵，开始抽水，吸力式筒型基础内部海水迅速被抽空，外部海水与其内部形成压力差，吸力式筒型基础开始进行吸力式下贯。由于上述2过程一直持续，故吸力式筒型基础能够旋转下贯至海底土体内部。

(4)、如图10所示，当吸力式筒型基础旋转下贯至其内部海底土体表面高于内部海水平面、将要接触上表面时，设置在其内部的锥状体随吸力式筒型基础旋转，利用旋转，打散裸露的海底土体，同上部进水孔喷射进水形成土水混合液，由出水孔处的潜水泵和抽水管路排空，吸力式筒型基础继续旋转下贯。

(5)、如图11所示，当吸力式筒型基础完全进入土体后，周围土体倾覆倒向筒身，周围土颗粒由圆形孔进入旋转动力筒并逐渐填满整个旋转动力筒，旋转缓慢稳定停止；下筒亦逐渐停止打散筒内土体，筒身内部全部充满海底土体，锥状体没入筒内土体内部，此时卸去回收潜水泵及各个管路。

(6)、吸力式筒型基础旋转下贯完全停止后，周围土体在海底潜流的作用下由四周向中心汇聚，将吸力式筒型基础掩埋，安装完成。

以上参考了优选实施例对本发明进行了描述，但本发明的保护范围并不限制于此，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来，且不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。因此，任何落入权利要求的范围内的所有技术方案均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种能旋转下贯的吸力式筒型基础，包括顶面封闭、下端开口的锚筒(1)，所述锚筒(1)的顶面设有抽水孔(2)，抽水孔(2)上连接潜水泵，其特征在于，还包括设置在锚筒(1)顶端的旋转动力筒(4)；

所述旋转动力筒(4)的内腔设有轴承柱(41)，轴承柱(41)上设有至少三片等间隔设置的射流挡板(42)，每片射流挡板(42)相对的旋转动力筒(4)侧壁设有一圆形孔(43)，圆形孔(43)的内端设有导管(44)，导管(44)的管口正对射流挡板(42)，旋转动力筒(4)的顶端设有一出水孔(45)，出水孔(45)上连接潜水泵。

2.根据权利要求1所述的一种能旋转下贯的吸力式筒型基础，其特征在于，所述锚筒(1)的顶面还设有进水孔(3)，锚筒(1)的内腔上端设有相互交错排列于筒心的至少两排等角度设置的倒置锥状体(46)。

3.根据权利要求1或2所述的一种能旋转下贯的吸力式筒型基础，其特征在于，所述射流挡板(42)为叶片状，且其正对导管(44)管口的迎水流面呈凹面状。

4.根据权利要求3所述的一种能旋转下贯的吸力式筒型基础，其特征在于，所述射流挡板(42)的数量是三个，射流挡板(42)以相间120度设置在轴承柱(41)上。

5.根据权利要求3所述的一种能旋转下贯的吸力式筒型基础，其特征在于，所述射流挡板(42)的数量是四个，射流挡板(42)以相间90度设置在轴承柱(41)上。

6.根据权利要求2所述的一种能旋转下贯的吸力式筒型基础，其特征在于，所述锚筒(1)的下端边缘设置成斜锯齿状结构。

7.根据权利要求2或6所述的一种能旋转下贯的吸力式筒型基础，其特征在于，所述锥状体(46)的数量是两排或三排。

8.根据权利要求1或2所述的一种能旋转下贯的吸力式筒型基础，其特征在于，所述旋转动力筒(4)和锚筒(1)的内径比是0.5-0.6。

9.根据权利要求1或2所述的一种能旋转下贯的吸力式筒型基础，其特征在于，所述旋转动力筒(4)和锚筒(1)的高度比是0.2-0.25。

10.根据权利要求1或2所述的一种能旋转下贯的吸力式筒型基础，其特征在于，所述圆形孔(43)的内径为筒身直径的0.001，且圆形孔(43)的内径与导管(44)的内径相等。