CN109736378A - 一种硬质土海底管道铺设的机械与水力喷射复合式旋转开沟器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种500米水深硬质土海底管道铺设机械与水力喷射复合式旋转开沟器，适用于500米深海硬质土海床。其包括电机，连接盘，减速器，上端盖，轴承压紧件、轴承压紧件筛子，固定支架，推拉杆内杆，推拉杆外杆，固定销，内端盖，犁头连接件，犁头，内筒，外筒，上端面，下端面，外端盖，刀齿，喷嘴，喷嘴，内泵固定座，进水管，出水管，内泵，外导管，叶片组成，电机通过减速器带动上端盖、外旋转圆筒及刀齿的旋转，实现海床破土的功能，经喷嘴喷射的高压水可以击碎硬质土，减小刀齿切削阻力，液化的土壤经泥浆泵吸管吸出，实现海底开沟的功能。本发明具有开沟大深度化、工作效率高、环境适应性强、社会经济效益显著等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种硬质土海底管道铺设的机械与水力喷射复合式旋转开沟器，适用于40米及40米以上深海硬质土海床,属于海洋工程装备技术领域。
技术背景
目前,随着我国对能源需求依赖程度的不断增加,海洋油气资源的开发与利用正得到前所未有的发展，海底挖沟技术作为海洋工程技术领域中的重要组成部分，正日益展现出举足轻重的地位。在海底输油(气)管道中，海底管道挖沟机是进行海底管道埋设保护的重要装备，管道处于海底，大部分需要埋设在海底土壤之中一定深度，检查和维修比较困难，一些处于波浪破碎带或潮差带之中的管道，受风浪、潮流等影响较大，有时可能被海中漂浮物撞击或船舶抛锚等因素破坏，因此要保证海底管道在其设计使用期限内不发生意外事故、实现油气资源的安全输送，注重海底管道的建造质量，一般需要对海底管道进行埋设保护，而管道的埋设保护，需要用到海底挖沟技术。所谓海底挖沟技术即是一般利用船舶拖带挖沟机，通过开沟器在海床开出一条沟槽，将管道沉放在沟槽中，然后再回填挖出的泥土，实现管道的埋设。
开沟器是海底挖沟机的关键组成部分之一，其设计的好坏直接影响海底挖沟的质量、挖沟机寿命的长短、管道在埋深土壤中的稳固程度以及工作效率的高低。现今世界上挖沟机开沟器多采用机械与水力冲射复合形式，机械与水力多采用安装在挖沟机不同部位的独立结构单元，这样不仅大大占用了挖沟机的运作空间，同时也降低了开沟效率。在国内由于技术保密、行业特点等因素影响，水下挖沟作业也主要由国外科研单位或企业垄断，特别是在硬质土海底管道装备技术研发中，更是缺乏第一手技术资料，国内挖沟机开沟器多适用于浅海水域，且挖沟深度和宽度都比较小，很难适应在复杂地质环境中开沟作业。
发明内容
为了解决上述问题，本发明设计了一种硬质土海底管道铺设的机械与水力喷射复合式旋转开沟器，可降低开沟器在挖沟机中的占用空间，大大的提高工作效率，同时，可开挖出深为1m，上槽口宽为0.8m，下槽底宽为0.6m的梯形槽沟，从而完善我国在硬质土海底管道装备技术中的第一手资料。
本发明任务解决其技术问题所采用的技术方案是：一种硬质土海底管道铺设的机械与水力喷射复合式旋转开沟器，主要由电机，电机与内筒连接盘，减速器、减速器由减速器外壳和减速器转子组成，上端盖，轴承压紧件、轴承压紧件由轴承压紧件下端和轴承压紧件上端组成，筛子，固定支架，推拉杆内杆，推拉杆外杆，固定销，内端盖，犁头连接件，犁头，内筒，外筒，上端面，下端面，外端盖,刀齿，叶片，喷嘴，喷嘴由阀体，喷头组成，内泵固定座，进水管，出水管，内泵，外导管组成，悬架通过销轴与挖沟机主体架铰接在一起,液压推动杆一端与挖沟机主体架连接在一起,一端通过销轴与筛子相铰接,从而可以使旋转开沟器在液压推动杆作用力的作用下,通过固定支架,能够自由的在其水平姿势与垂直姿势之间相互转变,进而可以有效的控制挖沟深度,,筛子上端与筛子下断分别与外旋转圆筒与下支撑柱相连,下支撑柱与犁铧相连，外旋转圆筒外曲面上覆有呈规律排列的刀齿和喷嘴，刀齿由刀座、刀杆、刀片三部分组成，可以切磨较为坚硬的岩层,刀齿呈有规律的分布在外旋转圆筒外表面上，并从外旋转圆筒的顶部到底部呈现出不断缩小的比例变化,外筒布有叶片，由于内筒是非圆形，因此在外筒旋转时水会产生一定的压力，喷嘴内部安装有单向流通阀，单向流通阀呈锥体形状，当喷嘴经过高压水区域时，单向流通阀在高压的作用下阀口打开，高压水流经阀口由喷嘴喷出，当高压水压力减小至与外部海水压力相等时，阀口关闭，有效阻止外部海水进入,减轻旋转开沟器的重量,有效缓解轴承与筛子的承受压力,电机通过电机座固定在内圆筒内壁上，电机输出轴与减速器相连，减速器通过上端盖与外旋转圆筒相连，带动外筒的转动，另一方面，高压水管与内圆筒上的出水口相连接，在上端面、下端面、内圆筒外壁、外旋转圆筒内壁及顶盖与底盖围成的封闭区域内形成高压水区域，高压水从经此区域经过的喷嘴喷出,高压水管内置于旋转开沟器之内,不仅可以节省在挖沟机中的占用空间,而且可以大大的提高工作效率。
本发明的有益效果是：
上述旋转开沟器的实施，可降低开沟器在挖沟机中的占用空间，大大的提高工作效率，同时，可开挖出深为4m，上槽口宽为2m，下槽底宽为1.3m的梯形槽沟，具有开沟大深度化、工作效率高、复杂地质环境适应性强、社会经济效益显著等优点，同时也可以完善我国在硬质土海底管道装备技术中的第一手资料。
附图说明
图1旋转开沟器局部抛开示意图
图2旋转开沟器外部整体结构示意图
图3旋转开沟器内筒结构示意图
图4旋转开沟器外筒下视剖切结构示意图
图5旋转开沟器外筒前视图结构示意图
图6旋转开沟器传动部分主视图
图7旋转开沟器传动部分等轴测图
图8旋转开沟器刀齿主视图
图9旋转开沟器刀齿左视图
图10旋转开沟器刀齿俯视图
图11旋转开沟器刀齿结构示意图
图1、2、3、4、5、6、7、中1.电机，2.连接盘，3.减速器外壳，4.减速器转子，5.上端盖，6.轴承压紧件下端，7.轴承压紧件上端，8.筛子，9.固定支架，10.推拉杆内杆，11.推拉杆外杆，12.固定销，13.固定销，14.固定销，15.内端盖，16.犁头连接件，17.犁头，18.内筒，19.外筒，20.上端面，21.下端面，22.外端盖，23.刀齿，24.喷嘴的阀体，25.喷头，26.内泵固定座，27.进水管，28.出水管，29.内泵，30.外导管，31.叶片
图8、9、10、11中231.刀齿底座，232.刀齿连杆，233.耙齿
具体实施方式
如以上附图所示，一种硬质土海底管道铺设的机械与水力喷射复合式旋转开沟器，主要由1.电机，2.连接盘，3.减速器外壳，4.减速器转子，5.上端盖，6.轴承压紧件下端，7.轴承压紧件上端，8.筛子，9.固定支架，10.推拉杆内杆，11.推拉杆外杆，12.固定销，13.固定销，14.固定销，15.内端盖，16.犁头连接件，17.犁头，18.内筒，19.外筒，20.上端面，21.下端面，22.外端盖，23.刀齿，24.喷嘴的阀体，25.喷头，26.内泵固定座，27.进水管，28.出水管，29.内泵，30.外导管，31.叶片组成，筛子8通过销轴13与挖沟机主体架铰接在一起,液压推动杆11一端与挖沟机主体架连接在一起,一端通过销轴14与筛子8相铰接,从而可以使旋转开沟器在液压推动杆作用力的作用下,通过筛子8，能够自由的在其水平姿势与垂直姿势之间相互转变,进而可以有效的控制挖沟深度,能够有效的做到管道小角度沉放与小角度出沟，带有防护罩的泥浆泵吸管固定在筛子8下部,旋转开沟器工作时，泥浆泵吸管可以将液化的土壤吸出沟槽，一些较大的未被击碎的泥块或石块，由于受到防护罩的阻挡，不能够进入泥浆泵吸管，被继续留在刀齿23及喷嘴的工作区域，或直至被击碎，或受到筛子8的作用将其推排在沟槽的两侧。电机1在电缆的作用下得到电能，带动电机轴的旋转，经减速器3带动上端盖5、及外旋转圆筒19的旋转，从而可以实现刀齿23切削海底硬质土的功效。在筒顶部覆有橡胶密封隔水垫，以及在顶盖与上圆筒的缝隙位置处覆有密封垫,可以有效的防止外部海水渗进旋转开沟器内部，保证工作部件的正常运转，外旋转圆筒19外曲面上覆有呈规律排列的刀齿23和喷嘴，刀齿23由刀齿座231、刀齿杆232、耙齿233三部分组成，可以切磨较为坚硬的岩层,刀齿23呈有规律的分布在外旋转圆筒19外表面上，并从外旋转圆筒19的顶部到底部呈现出不断缩小的比例变化,喷嘴内部安装有单向流通阀24，单向流通阀24呈锥体形状，喷嘴经过高压水区域时，单向流通阀24在高压的作用下阀口打开，高压水流经阀口由喷嘴喷出，当高压水压力减小至与外部海水压力相等时，阀口关闭，有效阻止外部海水进入,减轻旋转开沟器的重量,有效缓解轴承与支撑柱的承受压力。
另一方面，高压水管28与内圆筒18上的出水口相连接，在上端面20，下端面21、内圆筒18外壁、外旋转圆筒19内壁及上端盖5与外端盖22围成的封闭区域内形成高压水区域，高压水从经此区域经过的喷嘴喷出,高压水管28内置于旋转开沟器之内,不仅可以节省在挖沟机中的占用空间,而且可以大大的提高工作效率。
旋转开沟器工作时，内筒18是椭圆形外壁，外筒19上安装有四个呈一定角度倾斜的叶片31，外筒19旋转时会产生一定的水压力，经喷嘴喷出，增强水射流的压力。
Claims (3)
1.一种硬质土海底管道铺设的机械与水力喷射复合式旋转开沟器，主要由电机(1)，电机与内筒连接盘(2)，减速器、减速器由减速器外壳(3)和减速器转子(4)组成，上端盖(5)，轴承压紧件、轴承压紧件由轴承压紧件下端(6)和轴承压紧件上端(7)组成，筛子(8)，固定支架(9)，推拉杆内杆(10)，推拉杆外杆(11)，固定销(12)、(13)(14)等，内端盖(15)，犁头连接件(16)，犁头(17)，内筒(18)，外筒(19)，上端面(20)，下端面(21)，外端盖(22),刀齿(23)，喷嘴，喷嘴由阀体(24)，喷头(25)组成，内泵固定座(26)，进水管(27)，出水管(28)，内泵(29)，外导管(30)叶片(31)组成，其特征为：电机(1)通过连接盘(2)与内筒(18)相连，电机(1)和内筒(18)之间存在密封，内筒(18)通过内端盖(15)连接到筛子(8)上，内筒(18)中装有电机(1)和内泵(29)，内泵(29)上装有进水管(27)和出水管(28)，内筒中的水通过外导管(30)从外界导入，内泵(29)中出来的水给内外筒之间的腔体中的水增压，并通过喷嘴喷出达到清除沉积物的作用，喷嘴本身带有一定的增压作用，内泵(29)和内泵固定座(26)相连达到固定的作用，内泵固定座(26)焊接在内筒(18)上，连接盘(2)和减速器相连，并通过内筒(18)达到固定的作用，减速器转子(4)和上端盖(5)相连，上端盖(5)和外筒(19)是相连的，以此达到外筒(19)旋转的目的，外筒(19)上装有刀齿(23)，刀齿(23)可以破碎岩石，筛子(8)的下端装有犁头(17)，犁头(17)通过犁头连接件(16)固定在筛子(8)上，犁头(17)在机器下放到海床上时起到固定机器的作用，防止机器滑动，在机器开沟前进的过程中起到一定的定向作用，筛子(8)上连接有固定支架(9)和推拉杆，固定支架(9)通过固定销(13)相连，推拉杆由推拉杆内杆(10)，推拉杆外杆(11)组成，推拉杆可以控制机器姿态，使机器从斜立状态变为直立状态，推拉杆和固定支架(9)都连接在拖动船上。
2.如权利要求1所述的一种硬质土海底管道铺设的机械与水力喷射复合式旋转开沟器，其特征在于：刀齿(23)由刀齿底座(231)、刀齿连杆(232)、耙齿(233)三部分组成，刀齿呈有规律的分布在外旋转圆筒(19)外表面上，并从外旋转圆筒的顶部到底部呈现出不断缩小的比例变化。
3.如权利要求1所述的一种硬质土海底管道铺设的机械与水力喷射复合式旋转开沟器，其特征在于：喷嘴内部安装有单向流通阀(24)，单向流通阀(24)呈锥体形状，当喷嘴经过高压水区域时，单向流通阀(24)在高压的作用下阀口打开，高压水流经阀口由喷嘴喷出，当高压水压力减小至与外部海水压力相等时，阀口关闭，有效阻止外部海水进入。
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