CN108708686A - 一种被动式具有缩小间隙功能的水下封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种被动式具有缩小间隙功能的水下封隔器，设置在环形间隙内，用于封堵水泥浆，环形间隙是由套筒和插装在其中的柱状构件形成的，在环形间隙内设有间隙块，该水下封隔器设置在间隙块的下方，灌浆前，径向宽度小于间隙块的径向宽度；该水下封隔器包括柔性环形密封袋和设置在柔性环形密封袋下方的减间隙部件以及灌浆管线；连接件、间隙块、环形底托板和灌浆管线都固定在形成环形间隙的同一构件上；灌浆管线的出口与柔性环形密封袋的入口相连；灌浆后，柔性环形密封袋压动减间隙部件向下翻转并封堵套筒与柱状构件间的环形间隙。本发明能够胜任超大间隙的封堵，并且不受间隙大小的限制。

Description

一种被动式具有缩小间隙功能的水下封隔器

技术领域

本发明涉及海上固定式平台安装或海上风机安装技术领域，具体为一种被动式具有缩小间隙功能的水下封隔器。

背景技术

海上固定式平台一般是由上部组块和下部导管架组成。导管架对上部组块提供支撑。导管架在海底的固定结构是：在导管架主腿底部固接套筒，套筒采用打入海底的钢桩进行固定，套筒与钢桩的固定通过灌注在它们之间的水泥浆实现。

海上用水下封隔器的主要功能有二个：1)是在打桩完毕后灌浆时，在套筒底部完成封堵套筒内径表面和钢桩外径表面之间的环形空间，防止水泥浆流出；2)对于软土海底表面，需要封隔器自身或配套的装置用来防止海底的软土泥巴在打桩过程中进入钢桩外径和套筒内径之间的环形空间，以保证水泥浆不被污染。

目前，海上用于导管架安装的水下封隔器按工作类型分为主动式封隔器和被动式封隔器两种。传统主动式封隔器主要是采用气胀式封隔器，气胀式封隔器的优点是：在钢桩插入、下桩和打桩的过程中，气胀式封隔器处于未充气状态，它的内表面不与钢桩的外表面接触，只在灌浆前通过进气管线充气，以达到对水泥浆封堵的目的。不受水泥浆重量(灌浆水泥柱的高度)和水深的限制；能够允许套筒的向上运动(当导管架进行海上调平作业时)和钢桩的适度偏心；可以承受或避免打桩时的振动和钢桩在下桩过程中由于海上吊机在风浪中垂向运动而引起的钢桩的垂向冲击荷载。但其缺点是：系统复杂，需要配备动力站、高压管线、ROV(水下机器人)应急接口以及需要配套装置(如采用水平橡胶环)用来防止海底的软土泥巴在打桩过程中进入钢桩外径和套筒内表面之间的环形空间，以保证水泥浆不被污染。一旦管线损坏后需要使用ROV在水下连接软管；陆地安装调试工作量大、费用高，海上操作复杂、费用高；有残留的大量五金件消耗阳极，高压管线的存在危害潜水员水下操作；造价高，通常比被动式封隔器价格要高出几倍。

被动式封隔器主要有机械式封隔器和Crux封隔器。被动式封隔器的优点是：不需要高压管线、动力系统、阀门安装和水下ROV备用系统；不需要陆地调试和海上操作；同时起到阻挡泥巴进入环形空间的作用(隔离器的二个需求功能之一)；基本没有残留的五金件消耗阳极，没有危害潜水员水下操作的各种管线和阀门；陆地安装调试工作可以在制造厂家完成，费用低；总体价格便宜。缺点主要有：破损率高于主动式封隔器，用于深水导管架时，封隔器破损后修复的费用非常高。所以应用受到水深受限制，特别是机械式封隔器。容易造成破损的主要原因是：在钢桩快速下落或海上吊机在风浪中垂向运动产生的垂向撞击，使钢桩底部外表面锋利的直角有可能会造成封隔器橡胶部件的破损、失效。

所有水下封隔器都需要借助外力在灌浆过程中完成对泥浆的封堵。借助不同形式的外力以及针对存在不同大小的间隙都能够实现对泥浆的有效封堵是所有水下封隔器用来代表自身功能的核心要素。对主动气胀式封隔器，它借助的外力是：由安置在导管架顶部的空压机，通过水下管线向每一个封隔器内注入高压空气来完成对灌浆的封堵。在充气的过程中，气胀式封隔器能够针对不同大小的间隙，自动变形来实现对泥浆的封堵。

被动机械式封隔器借助外力的方式是：在钢桩插入套筒和下桩及打桩过程中，钢桩对固定在套筒内径表面的橡胶环以及通过硫化与橡胶环粘接的弯曲钢条进行侧向水平挤压。这些由于水平挤压而形成的橡胶回复力被依托成在灌浆过程中对水泥浆的封堵力。由于机械式封隔器通常只适用于浅水导管架的安装，所以面对的间隙都比较小。在机械式封隔器实际应用中，固定在套筒内径表面的环形橡胶环(内径小于钢桩外径并位于间隙块的下方)，弯曲钢条顶部固定或底部固定容易受到钢桩底部外表面锋利直角在插桩和打桩过程中的破坏而产生失效。由于上述机械式封隔器在结构设计上的不足之处，它在实际应用中的总体破损率比较高，通常只适合应用于浅水导管架和直径比较小的钢桩。

被动式Crux封隔器借助外力的方式是：一个水平安置并位于间隙块下方的橡胶环；橡胶环的前部与一个大直径圆形环(在圆心增加了柔性加强材料)连接，圆形环的内径小于钢桩的外径；后部环形结构受制于在套筒内径表面上固定的环形限制结构。在插桩过程中钢桩的底部穿过圆形环，并将先前水平安置的橡胶环挤压变形成垂直方向安置的橡胶环。当钢桩穿过圆形环后，其内径的扩张使得圆形环紧密贴附于钢桩外径表面上，因而起到阻挡泥巴进入环形空间的作用。同时，挤压成垂直状态的橡胶环产生的弹性回复力形成了在灌浆过程中对水泥浆的封堵力。当封隔器用于深水导管架安装时，钢桩外径表面通常会安装等间距的剪力键，采用钢筋条焊接在钢桩外径表面，用于增强水泥在垂直方向的抗剪切能力。Crux封隔器的圆形环必须允许安装剪力键的钢桩通过。Crux封隔器在结构设计上的不足之处在于：水平安置的橡胶环在插桩过程中容易被钢桩底部外表面锋利的直角刮伤或破损。海上导管架安装统计数据表明：Crux封隔器的总体破损率高于气胀式封隔器。

综上所述，各种封隔器都必须依托各自不同形式的外力来完成在灌浆过程中水泥浆的封堵功能。目前市场上广泛应用的传统气胀式封隔器或被动式封隔器都存在不同形式的不足之处。因此，有必要发明一种新型被动式封隔器，它必须依托与上述不同的外力来实现在灌浆过程中对水泥浆的封堵，并且应使其在使用过程中出现的破损率低于上述传统气胀式封隔器。

美国专利号9,677,241,发明人James Lee,中文姓名：李军，在2014年8月首先提出了一种新型被动式封隔器，它依托的外力是水泥浆本身的重力。该发明的设计原理是：利用在灌浆过程中灌入一个环形橡胶袋，由腔体内水泥浆(比重：1.92g/cm3)重力所产生的压力与环形橡胶袋腔体外海水重力产生的压力(比重：1.05g/cm3)之间的压力差，作为依托外力来实现在灌浆过程中对水泥浆的封堵。由于水泥浆在灌浆过程中是液体，这种压力差不但在垂直方向会产生压力，同时在水平方向也会产生与垂直方向大小相同的压力。在垂直方向的受力，通过环形橡胶袋的侧面橡胶层传递给安装在套筒内径表面上的连接件，在水平方向的力，通过环形橡胶袋内侧表面对钢桩外表面之间的正压力，形成了在灌浆过程中对水泥浆的封堵力。随着这种压力差的增加(水泥柱高度的增加)，环形橡胶袋内表面对钢桩外表面的密封效果会随之提高。这种灌浆过程中的封堵功能和传统气胀式封隔器的形式类似，但依托的外力不同。举例说明，如果钢桩直径为2.13米，而水泥柱的水下高度为12米，作用在环形橡胶袋腔体内(高度0.4米)的内表面对钢桩外表面总体对水泥浆的封堵压力大于20吨。

上述新型被动式封隔器提及的环形橡胶袋都具备以下基本特征：环形橡胶袋与外钢套筒同轴；多根加了纤维加强材料的橡胶带底部与环形橡胶袋的顶部连接；每根橡胶带顶部连接着安装在套筒内径表面上的相应固定件；橡胶带之间的空隙提供了水泥浆进入环形橡胶袋腔体的通道；环形橡胶袋的中间部分是一个加了纤维加强材料和内径略小于钢桩直径的环形橡胶套筒；橡胶套筒与橡胶带的连接段为锥体形橡胶层；环形橡胶袋底部借助与底部附近固定在套筒内径表面的密封结构连接并在套筒内径与钢桩外径之间形成密封的水泥浆容置腔。

在2017年5月，在上述新型被动式封隔器美国专利的后续专利中，美国专利号9,970,171,发明人James Lee,中文姓名：李军，提出二点改进方法：1)在环形橡胶袋底部密封结构的下方增设一个固定在套筒内径表面上的水平环形底托板或一个锥体形底托板。水平环形底托板的作用是减少间隙的径向宽度并且利用环形底托板来支撑部分垂直方向重力以减少垂直方向重力对环形橡胶袋侧面橡胶层以及在套筒内径表面上连接部件所承受的负载。锥体形底托板除了可以起到水平环形底托板相似的功能外，还可以和环形橡胶袋底部结构合作对间隙产生堵塞功能。这种对间隙的堵塞功能创造了一种在灌浆过程中对水泥浆封堵的全新方法，并可以提高系统在水泥浆封堵方面的可靠性；由于水平环形底托板或锥体形底托板的存在，环形橡胶袋侧面橡胶层以及底部橡胶层的负载能够大幅度的降低，环形橡胶袋侧面胶层的厚度和底部橡胶层的厚度都可以相应地大幅度的降低。但是降低厚度的薄橡胶层在间隙顶部受到水泥浆负载后会出现鼓起和大变形的现象，并产生局部应力集中，从而容易造成薄橡胶层的破损。提出的改进意见就是在间隙顶部薄橡胶层表面位置增加一个加厚的橡胶环，这种局部加强的设计可以降低在间隙段的鼓起和变形，从而降低造成破损的可能性。有了上述二项改进的发明，环形橡胶袋总体重量就可以得到大幅度的降低。降低环形橡胶袋总体重量不但可以降低制造成本，还便于运输和现场安装。此外，在间隙顶部局部加厚的橡胶环还可以和锥体形底托板结合用于产生对间隙的堵塞功能，从而进一步提高系统封堵水泥浆的可靠性(形成了独立双保险封堵的封隔器)。

上述新型被动式封隔器或改进型被动式封隔器提及的环形橡胶袋都需要担负三个基本功能：1)环形橡胶袋的内径必须小于钢桩的直径以防止海底的软土泥巴在打桩过程中进入钢桩外径和套筒内径之间的环形空间，为此所付出的代价是环形橡胶袋内侧表面在钢桩插入、下桩、和打桩的过程中必须与钢桩外表面接触，特别是与钢桩底部外表面锋利直角的接触；2)传统橡胶层和套筒内表面上的固接件必须承受水泥浆的主要重力；3)在间隙顶部必须不但要承担在压力状态下跨越间隙的结构支撑功能，而且还要承担一定间隙大小的水泥浆密封功能。

导管架海上安装已经有超过60多年的历史和经验。深水导管架底部套筒和钢桩之间间隙的大小都已经标准化了。大多数用于深水导管架的钢桩的直径都在2米左右，处于相应套筒的直径内。传统设计间隙块的径向宽度是50mm，钢桩的最大允许偏心也是50mm。如果采用40mm宽的水平环形底托板(环形底托板的径向宽度必须小于间隙块的宽度)，上述封隔器环形橡胶袋底部必须封堵的设计间隙是60mm(最大间隙＝50mm+50mm-40mm)。这样大小的间隙使用上述改进型被动式封隔器是可以胜任的。

海上风机的安装是近期发展起来的新兴行业。海上风机通常由上下二部分组成：上部是叶片和电机部分；下部是支撑结构，下部支撑结构通常采用大直径单根钢桩或是多根钢桩的结构。当采用多根钢桩结构时，通常先完成多根钢桩各自的打桩作业，然后再将这些钢桩在海上作业时作为风机支座多根主腿底部垂直段插入的套筒(套筒底部打入海底，顶部高出水平面)，同时水下封隔器安装在主腿底部垂直段的下部，灌浆管线系统安装在主腿底部内径的表面上。由于钢桩的打桩是各自独立完成的，它们之间的距离的精度控制比较受限，所产生的距离误差比较大，从而导致对封隔器间隙处理能力的要求也相应比较大。海上风机安装通常都是在浅水海域，海上安装作业时的风浪都很小。

用于风机安装的水下封隔器，对间隙要求可能达到120mm～300mm。面对这么大的间隙，上述以环形橡胶袋底部结构(加入纤维加强材料以增强橡胶层的结构强度)为基础的被动式封隔器是难以胜任的。用于风机海上安装的水下封隔器所面临的主要挑战是上述超大的间隙。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种被动式具有缩小间隙功能的水下封隔器，该封隔器能够胜任超大间隙的封堵，并且不受间隙大小的限制。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种被动式具有缩小间隙功能的水下封隔器，设置在环形间隙内，用于封堵水泥浆，所述环形间隙是由套筒和插装在其中的柱状构件形成的，在所述环形间隙内设有间隙块，该水下封隔器设置在间隙块的下方，灌浆前，径向宽度小于间隙块的径向宽度；该水下封隔器包括柔性环形密封袋和设置在所述柔性环形密封袋下方的减间隙部件以及灌浆管线；所述柔性环形密封袋设有内外两层环形袋片，一层袋片的上口通过弹性带Ⅰ挂在间隙块上，另一层袋片的上口与连接件密封连接；所述减间隙部件包括多块围成圆环的翻板，所述翻板沿径向延伸、沿周向排布，固定端与环形底托板铰接，安装后，所述翻板的自由端向上倾斜，在相邻的两块所述翻板之间设有柔性密封连接件；所述连接件、所述间隙块、所述环形底托板和所述灌浆管线都固定在形成环形间隙的同一构件上；所述灌浆管线的出口与所述柔性环形密封袋的入口相连；灌浆后，所述柔性环形密封袋压动所述减间隙部件向下翻转并封堵套筒与柱状构件间的环形间隙。

安装前，所述翻板的自由端通过弹性带Ⅱ挂在所述柔性环形密封袋的底部，并向上倾斜。

所述套筒与导管架主腿底部固接，安装在泥面以上，所述柱状构件为钢桩；所述连接件、所述间隙块和所述环形底托板都固定在所述套筒底部的内侧面上，所述灌浆管线固定在所述套筒的外侧面上；在所述环形底托板的内侧固接有水平橡胶环，所述水平橡胶环的内径小于所述钢桩的外径。

所述套筒的底部打入海底，顶部高于水线面，所述柱状构件是导管架主腿底部的垂直段，所述连接件、所述间隙块和所述环形底托板都固定在所述导管架主腿底部的垂直段的外侧面上，所述灌浆管线固定在所述导管架主腿底部的垂直段的内侧面上。

所述套筒的底部打入海底，顶部高于水线面，所述柱状构件是导管架主腿底部的垂直段，安装前，所述翻板水平设置，设有水平支撑，所述水平支撑固定在所述环形底托板，所述柔性密封连接件设置在所述翻板的上表面上。

所述柔性环形密封袋是采用橡胶制成的柔性环形密封橡胶袋或采用柔性布制成的柔性环形密封布袋，所述柔性环形密封橡胶袋的两层袋片上口均设有加强结构。

所述柔性密封连接件为四边形柔性密封连接布，所述四边形柔性密封连接布的两侧分别通过密封压条和螺栓与所述翻板连接。

所述弹性带Ⅰ的下端通过连接环Ⅰ与所述柔性环形密封袋连接，所述连接环Ⅰ固定在所述柔性环形密封袋上，所述弹性带Ⅰ的上端通过挂钩与所述间隙块连接，所述挂钩固定在所述间隙块上。

所述弹性带Ⅱ的上端通过连接环Ⅱ与所述柔性环形密封袋的底部连接，所述连接环Ⅱ固定在所述柔性环形密封袋的底部，所述弹性带Ⅱ的下端与所述翻板的自由端连接。

所述弹性带Ⅱ的下端通过连接孔或半圆钢环与所述翻板的自由端连接，所述连接孔或半圆钢环设置在所述翻板的自由端上。

本发明具有的优点和积极效果是：通过采用围成圆环的翻板构成减间隙部件，并采用灌浆管线向柔性环形密封袋内灌浆，利用水泥浆的重量压动减间隙部件向下翻转来缩小间隙，利用水泥浆的流动性和柔性环形密封袋的随动性及密封特性来实现小间隙的密封，柔性环形橡胶袋受到破损的可能性大幅度降低，对水泥浆的封堵效果明显提高，以水泥浆重力为依托外力，来实现超大间隙的封堵，并且不受间隙大小的限制，原理简明、结构简单轻便、便于运输和现场安装、密封效果优良、系统可靠性高、成本低。

附图说明

图1A为本发明实施例1的纵剖示图，也是图1C的A-A＇剖示图；

图1B为图1A中B-B＇局部侧示图；

图1C为图1A中C-C＇俯视图；

图1D为图1C中D-D＇局部侧示图；

图1D-1为图1D中翻板处于垂直状态下的剖示图；

图1D-2为图1D-1中删除柔性密封连接布后的剖示图；

图1E为图1C中E-E＇剖示图；

图1F为图1C中F-F＇剖示图；

图1G为图1F插桩后无偏心状态的剖示图；

图1H为图1G灌浆后无偏心状态的剖示图；

图1I为图1F插桩后偏心状态的剖示图；

图1J为图1I灌浆后偏心状态的剖示图；

图2A为本发明实施例2导管架主腿底部插入后无偏心状态的剖示图；

图2B为图2A灌浆后无偏心状态的剖示图；

图2C为图2A中导管架主腿底部插入后偏心状态的剖示图；

图2D为图2C灌浆后处于偏心状态的剖示图；

图3A为本发明实施例3导管架主腿底部插入后无偏心状态的剖示图；

图3B为图3A灌浆后处于无偏心状态的剖示图；

图3C为本发明实施例4导管架主腿底部插入前所有翻板都处于水平状态且偏心的剖示图；

图3D为图3C导管架主腿底部插入后的剖示图；

图3E为图3C灌浆后的剖示图。

图中：1、水平面，2、海底，3、柱状构件，4、套筒，5、间隙块，6、水平橡胶环，7、水泥浆；

100、柔性环形密封袋，101、挂钩，102、弹性带Ⅰ，103、弹性带Ⅱ，104、上口，105、连接件，106、连接环Ⅰ，107、连接环Ⅱ，108、柔性密封连接件，109、半圆钢环，110、密封压条，111、锥体形插尖，112、连接孔，113、灌浆管线，114、翻板，115、轴承的外套筒，116、支撑轴，117、轴承，118、环形底托板，119、水平支撑，120、铰支座，121、螺栓。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

本发明是对上述改进型被动式封隔器的进一步完善，完善后的封隔器能够胜任超大间隙的封堵，并且不受间隙大小的限制，对大小不同的间隙，都可以在灌浆过程中进行自动、有效的水泥浆封堵，包括用于海上风机的超大型间隙的水泥浆封堵。

本发明的构思是：当一块具有大面积的板处于垂直状态时，它所遮盖的水平面积是非常小的；但当这块板翻转后，它在水平面上的遮盖面积就会变大，翻转角达到90°时，它在水平面上遮盖的面积达到最大。本发明应用翻转板的上述特性实现封堵间隙的减小，然后再进行封堵。

请参见附图，本发明采用的技术方案为：一种被动式具有缩小间隙功能的水下封隔器，设置在环形间隙内，用于封堵水泥浆，所述环形间隙是由套筒4和插装在其中的柱状构件3形成的，在所述环形间隙内设有间隙块5；该水下封隔器设置在间隙块5的下方，灌浆前，径向宽度小于间隙块5的径向宽度；该水下封隔器包括柔性环形密封袋100和设置在所述柔性环形密封袋100下方的减间隙部件以及灌浆管线113；所述柔性环形密封袋100设有内外两层环形袋片，一层袋片的上口104通过弹性带Ⅰ102挂在间隙块5上，另一层袋片的上口104与连接件105密封连接；所述减间隙部件包括多块围成圆环的翻板114，所述翻板114沿径向延伸、沿周向排布，固定端与环形底托板118铰接，安装后，所述翻板114的自由端向上倾斜，在相邻的两块所述翻板114之间设有柔性密封连接件109；所述连接件105、所述间隙块5、所述环形底托板118和所述灌浆管线113都固定在形成所述环形间隙的同一构件上；所述灌浆管线113的出口与所述柔性环形密封袋100的入口相连；灌浆后，所述柔性环形密封袋100压动所述减间隙部件向下翻转并封堵套筒4与柱状构件3间的环形间隙。

本发明对水泥浆封堵的过程分二步完成：1)在水泥浆重力作用下，柔性环形密封袋压动减间隙部件向下翻转，增大遮盖面积，进而大幅缩小被封堵的间隙；2)同样在水泥浆的重力作用下，柔性环形密封袋利用水泥浆的流动性和柔性环形密封袋的随动性，对减小后的间隙进行有效封堵。

请参阅实施例1～3，上述技术方案中的翻板114的自由端通过弹性带Ⅱ103挂在所述柔性环形密封袋100的底部，并向上倾斜；请参阅实施例4，上述技术方案中的翻板114与柔性环形密封袋100不连接，在安装前水平设置。

实施例1：

请参阅图1A～图1J，本发明在传统深水导管架安装时用于传统大小间隙(50mm)中。上述水下封隔器安装在套筒4的内侧面上，在水泥浆重力作用下，柔性环形密封袋100压动减间隙部件向下翻转并封堵套筒4与钢桩间的环形间隙。具体说明如下：

所述套筒4与导管架主腿底部固接，安装在海底2的泥面以上，所述柱状构件3为钢桩；所述连接件105、所述间隙块5和所述环形底托板118都固定在所述套筒4的底部内侧面上，所述灌浆管线113固定在所述套筒4的外侧面上，在所述环形底托板118的内侧固接有水平橡胶环6，所述水平橡胶环6的内径小于所述钢桩的外径。

在本实施例中，柔性环形密封袋100是采用橡胶制成的柔性环形密封橡胶袋，位于间隙块5下方，径向宽度小于间隙块5的径向宽度，以保障其内侧表面在钢桩插入、下放和打桩的过程中不与钢桩外表面接触，进而避免破损。所述柔性环形密封橡胶袋的两层袋片上口均设有加强结构，通常可通过在橡胶中加入纤维加强材料(锦纶纤维或芳纶纤维)来实现，其目的就是增强橡胶的抗拉强度、增强抗磨损及抗侧向冲击性能，特别是加入芳纶纤维，能够减少上口橡胶层的厚度以及相应橡胶袋整体的重量。

柔性环形密封橡胶袋内层袋片的上口104通过弹性带Ⅰ102挂在间隙块5上，外层袋片的上口104与连接件105密封连接，在本实施例中，连接件105是密封连接套筒，外层袋片的上口104与密封连接套筒通过硫化完成密封连接。具体讲，所述弹性带Ⅰ102的下端通过连接环Ⅰ106与柔性环形密封橡胶袋内层袋片的上口104连接，所述连接环Ⅰ106固定在柔性环形密封橡胶袋内层袋片的上口104上，所述弹性带Ⅰ102的上端通过挂钩101与所述间隙块5连接，所述挂钩101固定在所述间隙块5上。所述弹性带Ⅱ103的上端通过连接环Ⅱ107与柔性环形密封橡胶袋的底部连接，所述连接环Ⅱ107固定在柔性环形密封橡胶袋的底部，所述弹性带Ⅱ103的下端与所述翻板114的自由端连接，每个翻板114自由端有二个连接孔112，用于连接。弹性带Ⅰ102和弹性带Ⅱ103都是柔性橡胶带。

所述翻板114的固定端，在本实施例中也是外端固接在轴承的外套筒115上，所述轴承的外套筒115固定在轴承117的外圈上，所述轴承117的内圈固装在支撑轴116上，所述支撑轴116固装在两个铰支座120之间，两个铰支座120安装在环形底托板118上。环形底托板118为减间隙部件提供全部支撑。

所述柔性密封连接件108为四边形柔性密封连接布，所述四边形柔性密封连接布的两侧分别通过密封压条110和螺栓121与所述翻板114连接，用于消除周向相邻两翻板114间在减间隙部件不同转角状态下的间隙。

由于柔性环形密封袋100是一个整体结构，灌浆后，压在减间隙部件上，当一个翻板开始转动时，会产生联动效应，带动其它全部翻板转动，与柔性密封连接布一起构成促使翻板旋转的双保险。

深水导管架在海上安装时，当钢桩插入水平橡胶环6后，钢桩会迫使水平橡胶环6的内径扩大，并产生一定扩大变形，内径较小的水平橡胶环6密封在钢桩的外侧面上，用于防止海底污泥进入间隙密封段。

在灌浆过程中，水泥浆通过灌浆管线113直接灌入柔性环形橡胶袋内。由于水泥浆7的比重大于海水，压力差产生的作用力迫使柔性环形橡胶袋底部扩张，迫使翻板114向钢桩的外表面旋转并接触到钢桩的外表面。翻板114在旋转的过程中将间隙大幅度地缩小至最小。

随着水泥浆柱的增高，柔性环形橡胶袋底部继续扩张，最终迫使柔性环形橡胶袋底部与翻板114的上表面紧密接触并完成间隙的有效密封。水平方向的压力迫使柔性环形橡胶袋的内侧表面与钢桩外表面紧密接触并利用压力完成柔性环形橡胶袋内侧表面与钢桩外表面之间的水泥浆封堵。

所述环形底托板118可以采用整体结构，也可以采用分段连接结构。上述柔性环形橡胶袋也可以是布袋或其他密封袋，柔性环形橡胶袋与间隙块的连接结构以及翻板与柔性环形橡胶袋的连接结构也并限制于上述描述。本实施例也不限于在传统大小间隙(50mm)中使用，也可以用于大于130mm的超大间隙。

实施例2：

请参阅图2A～图2D，本发明在风机安装中，用于超大型间隙(200mm)。与实施例1的不同之处在于，在海上风机安装过程中，先将套筒4打入海底，套筒4的顶部高于水平面，然后再将风机支撑结构-导管架的主腿底部垂直段插入套筒4。在这种情况下，本发明所述的水下封隔器安装在导管架主腿底部的垂直段下部环形外表面上，翻板从主腿底部外表面向套筒内表面旋转。工作原理与实施例1相同。具体说明如下：

所述套筒4的底部打入海底2，顶部高于水线面1，本发明所述柱状构件3是导管架主腿底部的垂直段，所述连接件105、所述间隙块5和所述环形底托板118都固定在导管架主腿底部的垂直段的外侧面上，翻板114的内端与环形底托板118铰接，外端是自由端；所述灌浆管线113固定在导管架主腿底部的垂直段的内侧面上。

由于打桩是在风机安装前完成的，没有海底软土泥巴在打桩过程中进入环形密封袋造成水泥浆污染的问题，因此不需要加装水平橡胶环6。

在所述导管架主腿底部增加了一个锥体形插尖111，以便导管架主腿插入套筒4。

本实施例并不限于在200mm间隙中使用，也可以用于其他间隙。与实施例1相同的结构在此不在赘述。

实施例3：

请参阅图3A～图3B，本发明的简易型水下封隔器在风机安装中，用于超大型间隙(200mm)。与实施例2的不同之处在于，采用柔性环形密封布袋代替柔性环形橡胶袋，以达到进一步降低制造成本和便于安装的目的。柔性环形密封布袋应采用具有良好密封性和抗拉强度的柔性布制成。

在本实施例中，在翻板114的自由端顶部设有半圆钢环109，用于与弹性带Ⅱ103的下端连接。

安装在弹性带Ⅰ102上的连接环Ⅱ107与半圆钢环109之间的垂直距离越大，水泥浆13柱产生的水平封堵力就越大，柔性环形密封布袋内侧表面与套筒内表面的密封效果就越好。

实施例4：

请参阅图3C～图3E，与实施例3的不同之处在于，翻板114的自由端与柔性环形布袋不连接，设有水平支撑119，所述水平支撑119固定在所述环形底托板118上，在插入前，翻板114水平设置。

为了防止安装时，套筒4顶部锋利直角对减间隙部件中柔性密封连接件108的破坏，在本实施例中，将所述柔性密封连接件108设置在所述翻板114的上表面上。

本实施例在安装时有两个优点：1)可以在水平面1以上直观地了解每个主腿底部垂直段插入时的偏心状态；2)确保每个翻板114都能准确地达到各自的旋转角度。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种被动式具有缩小间隙功能的水下封隔器，设置在环形间隙内，用于封堵水泥浆，所述环形间隙是由套筒和插装在其中的柱状构件形成的，在所述环形间隙内设有间隙块，其特征在于，该水下封隔器设置在间隙块的下方，灌浆前，径向宽度小于间隙块的径向宽度；

该水下封隔器包括柔性环形密封袋和设置在所述柔性环形密封袋下方的减间隙部件以及灌浆管线；

所述柔性环形密封袋设有内外两层环形袋片，一层袋片的上口通过弹性带Ⅰ挂在间隙块上，另一层袋片的上口与连接件密封连接；

所述减间隙部件包括多块围成圆环的翻板，所述翻板沿径向延伸、沿周向排布，固定端与环形底托板铰接，安装后，所述翻板的自由端向上倾斜，在相邻的两块所述翻板之间设有柔性密封连接件；

所述连接件、所述间隙块、所述环形底托板和所述灌浆管线都固定在形成环形间隙的同一构件上；

所述灌浆管线的出口与所述柔性环形密封袋的入口相连；

灌浆后，所述柔性环形密封袋压动所述减间隙部件向下翻转并封堵套筒与柱状构件间的环形间隙。

2.根据权利要求1所述的被动式具有缩小间隙功能的水下封隔器，其特征在于，安装前，所述翻板的自由端通过弹性带Ⅱ挂在所述柔性环形密封袋的底部，并向上倾斜。

3.根据权利要求2所述的被动式具有缩小间隙功能的水下封隔器，其特征在于，所述套筒与导管架主腿底部固接，安装在泥面以上，所述柱状构件为钢桩；

所述连接件、所述间隙块和所述环形底托板都固定在所述套筒底部的内侧面上，所述灌浆管线固定在所述套筒的外侧面上；

在所述环形底托板的内侧固接有水平橡胶环，所述水平橡胶环的内径小于所述钢桩的外径。

4.根据权利要求2所述的被动式具有缩小间隙功能的水下封隔器，其特征在于，所述套筒的底部打入海底，顶部高于水线面，所述柱状构件是导管架主腿底部的垂直段，

所述连接件、所述间隙块和所述环形底托板都固定在所述导管架主腿底部的垂直段的外侧面上，所述灌浆管线固定在所述导管架主腿底部的垂直段的内侧面上。

5.根据权利要求1所述的被动式具有缩小间隙功能的水下封隔器，其特征在于，所述套筒的底部打入海底，顶部高于水线面，所述柱状构件是导管架主腿底部的垂直段，

安装前，所述翻板水平设置，设有水平支撑，所述水平支撑固定在所述环形底托板，所述柔性密封连接件设置在所述翻板的上表面上。

6.根据权利要求1～5任意一项所述的被动式具有缩小间隙功能的水下封隔器，其特征在于，所述柔性环形密封袋是采用橡胶制成的柔性环形密封橡胶袋或采用柔性布制成的柔性环形密封布袋，所述柔性环形密封橡胶袋的两层袋片上口均设有加强结构。

7.根据权利要求1所述的被动式具有缩小间隙功能的水下封隔器，其特征在于，所述柔性密封连接件为四边形柔性密封连接布，所述四边形柔性密封连接布的两侧分别通过密封压条和螺栓与所述翻板连接。

8.根据权利要求6所述的被动式具有缩小间隙功能的水下封隔器，其特征在于，所述弹性带Ⅰ的下端通过连接环Ⅰ与所述柔性环形密封袋连接，所述连接环Ⅰ固定在所述柔性环形密封袋上，所述弹性带Ⅰ的上端通过挂钩与所述间隙块连接，所述挂钩固定在所述间隙块上。

9.根据权利要求1～4所述的被动式具有缩小间隙功能的水下封隔器，其特征在于，所述弹性带Ⅱ的上端通过连接环Ⅱ与所述柔性环形密封袋的底部连接，所述连接环Ⅱ固定在所述柔性环形密封袋的底部，所述弹性带Ⅱ的下端与所述翻板的自由端连接。

10.根据权利要求9所述的被动式具有缩小间隙功能的水下封隔器，其特征在于，所述弹性带Ⅱ的下端通过连接孔或半圆钢环与所述翻板的自由端连接，所述连接孔或半圆钢环设置在所述翻板的自由端上。