CN109537620B - 一种用于风电桩基础的封隔器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于海上风机领域，具体地说是一种用于风电桩基础的封隔器，包括支撑环及具有弹性、可弹性变形的橡胶筒，其中橡胶筒的一端连接在内套筒上，另一端设有所述支撑环，该支撑环的外表面包覆有橡胶层，所述橡胶层与橡胶筒为一体或分体结构；所述支撑环与钢桩的内壁密封抵接。本发明设置在钢桩与内套筒之间，适应了钢桩与内套筒所有位置状态的密封要求，同时能够承担上部所有水泥的重量。

Description

一种用于风电桩基础的封隔器
技术领域
本发明属于海上风机领域，具体地说是一种用于风电桩基础的封隔器。
背景技术
2014～2018年全球海上风电装机将新增26117MW；到2018年底，全球海上风电累计装机有望达到32948MW，占到全球风电装机规模的6％。我国东部沿海地区先天条件优越，东部沿海地区经济发达、常规能源缺乏、环境保护要求高、海上风能资源丰富，建设条件好、工业基础雄厚，已具备开发建设海上风电的良好条件，随着国家的重视和产业自身的逐步成熟，中国海上风电将健康、规模化发展，并逐步展现良好的发展势头。
目前，国内海上风机导管架基础施工技术由于工程的特殊性，其采用连续作业的方式，如图1所示，先打四个钢桩1，导管架2采用内插腿式，内套筒3嵌入到钢桩1中，最后在钢桩1和内套筒3之间灌入水泥浆粘结固定。现有的施工技术有在钢桩1内壁设置牛腿，在打桩作业完成后，从钢桩1上部放置一个圆钢板，之后再安装导管架2并灌注水泥浆。该施工方法存在问题，在打桩作业中由于振动作用，造成牛腿脱落，无法支撑阻隔圆形钢板。受到打桩作业深度影响，牛腿深度设计位置距离导管架2有一定距离，需要大量水泥浆进行填补，由于水泥浆造价高，大大增加了施工成本。由于钢桩1和内套筒3之间的正桩间隙在200mm左右在钢桩1与内套筒3极限偏桩时，最大间隙值达到300mm以上。钢桩1与内套筒3的相对位置在施工过程中很难保证同心。
发明内容
为了解决钢桩与内套筒的密封问题，本发明的目的在于提供一种用于风电桩基础的封隔器。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括支撑环及具有弹性、可弹性变形的橡胶筒，其中橡胶筒的一端连接在内套筒上，另一端设有所述支撑环，该支撑环的外表面包覆有橡胶层，所述橡胶层与橡胶筒为一体或分体结构；所述支撑环外表面包覆的橡胶层与钢桩的内壁密封抵接；
其中：所述橡胶筒内设有弹性、可弹性变形的支撑杆，所述支撑环与该支撑杆相连；所述支撑杆为316L不锈钢材质；
所述封隔器与内套筒之间的夹角小于或等于90°；
所述橡胶筒的长度方向截面为直线型、V字型或波浪曲线型；
所述橡胶筒及橡胶层的材质均为稀土橡胶，按重量份数计，所述稀土橡胶的制备原料包括如下组分：
天然橡胶45～55份；顺丁橡胶10～15份；改性稀土氧化物8～15份；白碳黑18～25份；硅酸钙10～12份；乙二醇胺3～5份；硫化剂(硫磺)0.5～0.8份；氧化锌3.0～3.5份；硬脂酸0.4～0.8份；CZ(N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺)3.0～3.5份；Dm(二硫化二苯并噻唑)2.1～2.8份；
所述改性稀土氧化物为改性氧化钇或改性氧化铈，改性稀土氧化物的制备过程如下：
将硅烷偶联剂分散在乙醇溶液(乙醇与水的体积为为1∶1)中，配成浓度为0.5～1.0wt.％的硅烷偶联剂溶液，再加入浓度10wt.％的醋酸，调节所得溶液pH值为3.5～5.5后，加入稀土氧化物(氧化钇或氧化铈)；然后在60～70℃条件下搅拌1小时，经固液分离、无水乙醇洗涤和干燥后即获得所述改性稀土氧化物；
所述改性稀土氧化物中硅烷偶联剂的含量为3～5％。硅烷偶联剂为TESPT，商品名Si69；
所述封隔器的制备过程如下：
A.准备316L不锈钢材质的支撑杆，并装入封隔器的模具内固定(上模、下模，左右侧有固定支撑杆的位置，上模的顶部开有注入口)；
B.将稀土橡胶的各原料按所需要比例混合并加入到炼胶机中，在140～155℃混炼30～35min，然后快速将混合原料经模具上的注入口填充入模具内；
C.经冷却后放置24小时以上，在支撑杆的表面及末端分别形成橡胶层及橡胶支撑体；
D.开模，取出；
所述步骤B中的加热温度能够保证成品橡胶中S具有最大活性。
本发明的优点与积极效果为：
本发明设置在钢桩与内套筒之间，适应了钢桩与内套筒所有位置状态的密封要求，同时能够承担上部所有水泥的重量。
附图说明
图1为现有海上风机导管架与钢桩的结构示意图；
图2为本发明实施例一的结构示意图之一；
图3为本发明实施例一的结构示意图之二；
图4为本发明实施例二的结构示意图；
图5为本发明实施例三的结构示意图；
其中：1为钢桩，2为导管架，3为内套筒，4为支撑环，5为橡胶筒，6为橡胶层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
实施例一
如图2、图3所示，本发明的封隔器包括支撑环4及具有弹性、可弹性变形的橡胶筒5，本实施例的橡胶筒5的长度方向截面呈V字型，V字封口的一端固接在内套筒3上，橡胶筒5的另一端设有支撑环4。支撑环4的外表面包覆有橡胶层6，橡胶层6与橡胶筒5为一体或分体结构；本实施例的橡胶层与橡胶筒5为一体结构。支撑环4在工作状态，通过压紧包覆的橡胶层6发生变形，实现封隔器与钢桩1内壁密封抵接，利用橡胶筒5的弹性变形适应钢桩1与内套筒3之间的不同位置的密封要求。
为了提高封隔器橡胶筒5的强度，在橡胶筒5内设有弹性、可弹性变形的支撑杆，支撑环4与该支撑杆相连。
封隔器与内套筒3之间的夹角小于或等于90°。
本发明的橡胶筒5及橡胶层6的材质均为稀土橡胶，按重量份数计，稀土橡胶的制备原料包括如下组分：
天然橡胶45～55份；顺丁橡胶10～15份；改性稀土氧化物8～15份；白碳黑18～25份；硅酸钙10～12份；乙二醇胺3～5份；硫化剂(硫磺)0.5～0.8份；氧化锌3.0～3.5份；硬脂酸0.4～0.8份；CZ(N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺)3.0～3.5份；Dm(二硫化二苯并噻唑)2.1～2.8份。
改性稀土氧化物为改性氧化钇或改性氧化铈，改性稀土氧化物的制备过程如下：
将硅烷偶联剂分散在乙醇溶液(乙醇与水的体积为为1：1)中，配成浓度为0.5～1.0wt.％的硅烷偶联剂溶液，再加入浓度10wt.％的醋酸，调节所得溶液pH值为3.5～5.5后，加入稀土氧化物(氧化钇或氧化铈)；然后在60～70℃条件下搅拌1小时，经固液分离、无水乙醇洗涤和干燥后即获得所述改性稀土氧化物。改性稀土氧化物中硅烷偶联剂的含量为3～5％。硅烷偶联剂为TESPT，商品名Si69。
本发明稀土橡胶设计机理如下：
稀土橡胶是以天然橡胶和顺丁橡胶为基体，加入表面改性后的稀土氧化物，改变了橡胶基体之间以及橡胶与其他添加物之间的亲和性，解决了直接将天然橡胶和顺丁橡胶混合时存在的两种橡胶相容性、亲和性差的问题。同时，加入特定量的表面改性的稀土氧化物后，提高了产品的拉伸强度。添加的改性稀土氧化物偏少，则产品拉伸强度提高不明显，添加量偏多时，橡胶硬度及耐蚀性提高，但稀土氧化物在基体内容易聚集，并会导致其他成分分散不均，从而导致产品拉伸性能、耐磨性能等均下降。另外，稀土氧化物与其他成分交互作用时，产品伸长率先增大后减小，因此，为保证最终产品的综合性能，本发明中稀土氧化物的添加量限定为8～15％。
本发明的稀土橡胶配方中，在橡胶基体中添加适量的S、氧化锌和硬脂酸，能够引发和促进橡胶交联，加入S后能提高胶的抗拉伸性能及耐老化性能。本发明的稀土橡胶配方中，特定量的白碳黑与硅酸钙与橡胶基体配合能够提高产品的防水性能，白炭黑与乙二醇胺共同作用能提高产品的耐蚀性。
本发明中稀土橡胶性能如下：
耐蚀性：稀土橡胶在汽油、机油中浸泡72h后，质量变化率和体积变化率均不超过5％；
扯断伸长率：420～450％；
拉伸强度：30～40MPa；
邵尔A硬度：72～75；
弹性模量大于2MPa，回弹率：60％以上。
本发明封隔器的制备过程如下：
A.准备316L不锈钢材质的支撑杆，并装入封隔器的模具内固定(上模、下模，左右侧有固定支撑杆的位置，上模的顶部开有注入口)；
B.将稀土橡胶的各原料按所需要比例混合并加入到炼胶机中，在140～155℃混炼30～35min，然后快速将混合原料经模具上的注入口填充入模具内；
C.经冷却后放置24小时以上，在支撑杆的表面及末端分别形成橡胶层及橡胶支撑体；
D.开模，取出。
步骤B中的加热温度能够保证成品橡胶中S具有最大活性。
本实施例中支撑杆为316L不锈钢，橡胶支撑体及橡胶层的材质均为稀土橡胶，按重量份数计，所述稀土橡胶的制备原料包括如下组分：
天然橡胶50份；顺丁橡胶12份；改性稀土氧化物10.5份；白碳黑21份；硅酸钙10份；乙二醇胺3.5份；硫化剂(硫磺)0.6份；氧化锌3.4份；硬脂酸0.5份；CZ(N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺)3.2份；Dm(二硫化二苯并噻唑)2.5份。
改性稀土氧化物为改性氧化钇，改性氧化钇的制备过程如下：
将硅烷偶联剂Si69分散在乙醇溶液(乙醇与水的体积为为1：1)中，配成浓度为0.8wt.％的硅烷偶联剂溶液，再加入浓度10wt.％的醋酸，调节所得溶液pH值为3.5～5.5后，加入稀土氧化物(氧化钇或氧化铈)；然后在70℃条件下搅拌1小时，经固液分离、无水乙醇洗涤和干燥后即获得硅烷偶联剂的含量为3～5％的改性氧化钇。
本实施例的封隔器制备过程如下：
A.支撑杆装入橡胶筒5内固定；
B.将稀土橡胶的各原料按所需要比例混合并加入到炼胶机中，在150℃混炼30min，然后快速将混合原料经模具上的注入口填充入模具内；
C.经冷却后放置24小时以上，在支撑杆的表面及末端分别形成橡胶层及橡胶支撑体；
D.开模，取出。
本实施例中稀土橡胶性能为：
1.稀土橡胶在汽油、机油中浸泡72h后，质量变化率0.8％，体积变化率2.0％；
2.扯断伸长率：426％；
3.拉伸强度：35.5MPa；
4.邵尔A硬度：74；
5.弹性模量大于2.2MPa，回弹率：60％以上。
实施例二
如图4所示，本实施例与实施例一的区别在于：本实施例橡胶筒5长度方向的截面呈波浪曲线型。其余均与实施例一相同。
实施例三
如图5所示，本实施例与实施例一的区别在于：本实施例橡胶筒5长度方向的截面呈直线型。其余均与实施例一相同。

Claims (6)

1.一种用于风电桩基础的封隔器，其特征在于：包括支撑环（4）及具有弹性、可弹性变形的橡胶筒（5），其中橡胶筒（5）的一端连接在内套筒（3）上，另一端设有所述支撑环（4），该支撑环（4）的外表面包覆有橡胶层（6），所述橡胶层（6）与橡胶筒（5）为一体或分体结构；所述支撑环（4）外表面包覆的橡胶层（6）与钢桩（1）的内壁密封抵接；
所述橡胶筒（5）内设有弹性、可弹性变形的支撑杆，所述支撑环（4）与该支撑杆相连；所述支撑杆为316L不锈钢材质；所述封隔器与内套筒（3）之间的夹角小于或等于90°；
所述橡胶筒（5）及橡胶层（6）的材质均为稀土橡胶，按重量份数计，所述稀土橡胶的制备原料包括如下组分：
天然橡胶45～55份；顺丁橡胶10～15份；改性稀土氧化物8～15份；白碳黑18～25份；硅酸钙10～12份；乙二醇胺3～5份；硫化剂0.5～0.8份；氧化锌3.0～3.5份；硬脂酸0.4～0.8份；CZ为3.0～3.5份；Dm为2.1～2.8份。
2.根据权利要求1所述用于风电桩基础的封隔器，其特征在于：所述橡胶筒（5）的长度方向截面为直线型、V字型或波浪曲线型。
3.根据权利要求1所述用于风电桩基础的封隔器，其特征在于：所述改性稀土氧化物为改性氧化钇或改性氧化铈，改性稀土氧化物的制备过程如下：
将硅烷偶联剂分散在乙醇溶液中，配成浓度为0.5～1.0wt.%的硅烷偶联剂溶液，再加入浓度10wt.%的醋酸，调节所得溶液pH值为3.5～5.5后，加入稀土氧化物；然后在60～70℃条件下搅拌1小时，经固液分离、无水乙醇洗涤和干燥后即获得所述改性稀土氧化物。
4.根据权利要求3所述用于风电桩基础的封隔器，其特征在于：所述改性稀土氧化物中硅烷偶联剂的含量为3～5％；硅烷偶联剂为TESPT，商品名Si69。
5.根据权利要求1所述用于风电桩基础的封隔器，其特征在于：所述封隔器的制备过程如下：
A．准备316L不锈钢材质的支撑杆，并装入封隔器的模具内固定；
B．将稀土橡胶的各原料按所需要比例混合并加入到炼胶机中，在140～155℃混炼30～35min，然后快速将混合原料经模具上的注入口填充入模具内；
C．经冷却后放置24小时以上，在支撑杆的表面及末端分别形成橡胶筒及橡胶层；
D．开模，取出。
6.根据权利要求5所述用于风电桩基础的封隔器，其特征在于：所述步骤B中的加热温度能够保证成品橡胶中S元素具有最大活性。
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海洋钻井收缩式封隔器试验设计与研究;彭立群;林达文;黄祖华;王进;;世界橡胶工业(12);全文 *
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