CN110479653B - 一种自动清除海上桩基附着物的装置及清除方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动清除海上桩基附着物的装置，包括设置于桩基上的潮位能利用模块和刀片升降模块，以及设置于海面，与刀片升降模块相连的波浪能利用模块；潮位能利用模块，用于高潮位时积蓄海水，并利用低潮位时的水位差释放海水作为刀片升降模块下降的动力，波浪能利用模块，用于积蓄波浪能，转为将刀片升降模块上升归位的气压动力。本发明有效利用潮位能和波浪能，解决海上桩基受附着生物腐蚀的问题，延长桩基使用寿命，增强海上桩基耐久性与安全性，无需用电，节能环保，无需人工操作，工作效率高，且硬质合金刀片具有高强度，耐磨耐腐蚀，使用寿命长，装置可靠性强，具有很强的实用性和广泛的适用性。

Description

一种自动清除海上桩基附着物的装置及清除方法

技术领域

本发明涉及一种清除海上桩基附着物的装置，具体涉及一种自动清除海上桩基附着物的装置及清除流程。

背景技术

海洋工程设施是事关国计民生和国防安全的重要基础性设施，投资量大，通常要求30年、50年甚至上百年的安全服役运行周期，必须要保护这些设施的长期安全运行。而生物腐蚀对于海上桩基的影响十分严重，生物腐蚀是指海洋材料表面附着生物的附着、生长、繁殖、代谢、死亡等过程中产生的物质直接与间接对材料造成的腐蚀。生物腐蚀是十分复杂的现象，会导致海上桩基的钢筋混凝土劣化，若不采取措施，会严重影响桩基的耐久性。

目前已有的海上生物腐蚀防护技术主要有物理清除技术和涂料防护技术等。目前的物理清除技术是借助相应的机械设备在桩基表面进行清洗和刮除，需要人工操作，而且水下操作不方便，会出现清洗不及时的情况。涂料防护技术还在不断的研发之中，材料的化学安全性是首要的考虑因素，不能对海洋生态环境产生不利影响，其次由于桩基的表面积大，使用涂料的经济性不高，桩基既有水上也有水下部分的特点，也对防护涂料的要求进一步增多。

所以传统的海上生物腐蚀防护技术自动化程度低，而且经济投入大，亟待一种自动化程度高、清除及时、经济效益高的自动清除附着生物的装置。

因此，发明自动清除海上桩基附着生物的装置，对于增强海上桩基的耐久性，延长其使用寿命具有重要意义。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用潮位能和波浪能，自动清除海上桩基附着物的装置。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种自动清除海上桩基附着物的装置，包括设置于桩基上的潮位能利用模块和刀片升降模块，以及设置于海面，与刀片升降模块相连的波浪能利用模块；

所述潮位能利用模块，用于高潮位时积蓄海水，并利用低潮位时的水位差释放海水作为刀片升降模块下降的动力，

所述波浪能利用模块，用于积蓄波浪能，转为将刀片升降模块上升归位的气压动力。

上述刀片升降模块包括沿滑腔滑动的滑块，所述滑块的底部设有滑杆，滑杆的两端分别通过上连接杆、下连接杆与环套桩基的上刀片、下刀片连接；

所述滑腔的侧壁设有匹配上连接杆的滑槽；

所述滑块的两侧分别设有一对伸缩轮和若干对与滑腔内壁抵接的滑轮；

所述伸缩轮的收缩由滑块顶部的伸缩水箱控制。

上述滑块为中空腔体，其顶部敞口，内设导柱；

所述伸缩水箱包括设于滑块敞口端的箱体，箱体的顶部敞口，底部设有与导柱匹配的滑柱，底面设有与导柱匹配的导口；

所述导柱的底侧面设有排水槽，

于滑柱的下端与滑块之间，设有绕导柱设置的复位弹簧；

一对伸缩轮分别通过曲杆轴连接于滑柱的两侧。

上述潮位能利用模块包括环套于桩基上端的储水箱，其顶端敞口，出水管设于底侧，其出水口正对伸缩水箱；

所述出水管设有启闭阀门。

进一步的，上述储水箱的安装位置，其顶端接近但不超过海水高潮位。

上述波浪能利用模块包括浮箱、气缸、储气袋、气囊；

所述浮箱浮于海面，与气缸底部的活塞杆相连，联动活塞于气缸内滑动；气缸顶侧的进气口和出气口分别设有单向阀；

储气袋浮于海面，通过储气管与气缸的出气口相连；

气囊设于滑腔内，其进气管和排气管分别内置气压阀，并通过进气管与储气袋连接。

进一步的，上述浮箱顶部设有触发启闭阀门的连杆。

进一步的，上述气压阀的临界压力值为能使气囊推动滑块回到起始位置时的气压。

上述的一种自动清除海上桩基附着物的装置的清除方法，包括以下步骤：

S1、在高潮位时，储水箱内注满水；

S2、退潮时，浮箱随海面下降，连杆触碰出水管上的启闭阀门，储水箱开启出水；

S3、水经出水管冲击滑块上的伸缩水箱，触发伸缩轮收缩，滑块沿滑槽下滑，带动滑杆下降；

S4、滑杆联动上刀片、下刀片沿桩基下移，并清理桩基表面的附着物；

S5、波浪冲击浮箱：海浪上升时浮箱上浮，联动活塞杆推动活塞压缩气缸内气体经出气口的单向阀进入储气袋；海浪下降时浮箱下降，联动活塞杆抽动活塞，气体经进气口的单向阀进入气缸；

S6、当储气袋内的气压达到气压阀的临界压力值，气压阀开启，气体进入气囊，气囊膨胀推动滑块上升回到起始位置，通过伸展的伸缩轮固定；

当气囊内气压达到临界压力值，排气管的气压阀打开，排出气体，气囊收缩；

S7、重复步骤S1-S6。

本发明的有益之处在于：

本发明的一种自动清除海上桩基附着物的装置，通过潮位能利用模块于高潮位时积蓄海水，利用低潮位时的水位差释放海水作为刀片升降模块下降的动力，进行桩基附着物的清除；通过波浪能利用模块，结合气缸，将积蓄的波浪能转为气压，将刀片升降模块上升归位。

本发明有效利用潮位能和波浪能，解决海上桩基受附着生物腐蚀的问题，延长桩基使用寿命，增强海上桩基耐久性与安全性，无需用电，节能环保，无需人工操作，工作效率高，且硬质合金刀片具有高强度，耐磨耐腐蚀，使用寿命长，装置可靠性强，具有很强的实用性和广泛的适用性。

附图说明

图1为本发明的一种自动清除海上桩基附着物的装置的结构示意图；

图2为本发明的刀片升降模块的动作示意图；

图3为本发明的滑槽的结构示意图；

图4为本发明的伸缩轮的动作示意图；

图5为本发明的伸缩水箱的结构示意图。

附图中标记的含义如下：1、桩基，2、储水箱，3、出水管，4、启闭阀门，5、气缸，6、浮箱，7、活塞杆，8、活塞，9、连杆，10、进气口，11、单向阀，12、出气口，13、储气管，14、储气袋，15、进气管，16、气囊，17、排气管，18、气压阀，19、滑腔，20、上刀片，21、上连接杆，22、下刀片，23、下连接杆，24、滑杆，25、伸缩水箱，26、滑块，27、伸缩轮，28、滑柱，29、复位弹簧，30、箱体，31、滑轮，32、滑槽， 33、导柱，34、排水槽，35、曲杆，36、导口。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

如附图1所示，一种自动清除海上桩基1附着物的装置，由设置于桩基1上的潮位能利用模块和刀片升降模块，以及设置于海面，与刀片升降模块相连的波浪能利用模块组成。

潮位能利用模块包括固定包覆于海上桩基1上端的环形储水箱2，储水箱2的顶部敞口，出水管3设于储水箱2的底侧，且出水管3上的启闭阀门4，以及设于启闭阀门4上端，用于触发启闭阀门4的连杆9，连杆9与浮箱6顶部相连。储水箱2的安装位置，其顶端接近但不超过海水高潮位。

刀片升降模块由上刀片20、下刀片22、沿滑腔19滑动的滑块26组成。滑块26的两侧分别设有2组与滑腔19内壁抵接的滑轮31，滑块26的底部接滑杆24，且滑杆24的上端侧和下端侧分别通过上连接杆21、下连接杆23与环套桩基1的上刀片20、下刀片22连接；且上连接杆21穿过滑腔19侧壁的滑槽32，并沿滑槽32上下滑动。滑块26的顶部设有伸缩水箱25，其正置于出水管3的底部，伸缩水箱25用于承接储水箱2的出水，通过自重的变化，使得伸缩水箱25上下滑动，进而控制滑块26两侧的伸缩轮27收缩。伸缩轮27用于将滑块26搁置于滑腔19的顶端，并辅助滑块26于滑腔19内滑动。

滑块26为中空腔体，内设导柱33；伸缩水箱25设于滑块26顶部的敞口端，箱体30的顶部敞口，底部设有沿导柱33滑动的滑柱28，底面设有容纳导柱33的导口36；导柱33的底侧面设有排水槽34，滑柱28的下端为活动端，且于滑柱28的下端与滑块26之间，设有绕导柱33设置的复位弹簧29。滑块26两侧的伸缩轮27的端末分别通过曲杆35轴连接于滑柱28的两侧。

上刀片20、下刀片22分别呈环形，材质优选为硬质合金，为一种由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的合金材料，具有高硬度、高强度、高耐磨耐腐蚀性、高弹性模量。

波浪能利用模块由浮箱6、气缸5、储气袋14、气囊16组成。浮箱6浮于海面，其顶部与气缸5底部的活塞8杆7相连，联动活塞8于气缸5内上下滑动。气缸5右侧上部设有的进气口10，左侧上部设有出气口12，且进气口10和出气口12内分别设有单向阀11。

储气袋14浮于海面，通过储气管13与气缸5的出气口12相连。

气囊16设于滑腔19内，通过进气管15和储气袋14相连，气囊16还设有排气管17，且进气管15和排气管17内分别设有气压阀18。进气管15为软管，其长度不小于高潮位与低潮位之间的落差。气压阀18设置的临界压力值为能使气囊16推动滑块26回到起始位置时的气压。

本发明的原理：

潮位能利用模块，用于高潮位时积蓄海水，并利用低潮位时的水位差释放海水作为刀片升降模块下降的动力，

波浪能利用模块，用于积蓄波浪能，转为将刀片升降模块上升归位的气压动力。

安装时：

本发明的装置安装在海上桩基1的不同区域，环形储水箱2安装在高潮位以下、伸缩水箱25以上，保证在高潮位时储水箱2中能装满水且出水时水流能依靠重力按压伸缩水箱25。刀片升降模块安装在低潮位以上，保证在低潮位时模块中的水能通过滑槽32全部流出，不影响气囊16工作；下刀片22及下连接杆23的初始位置应在低潮位以上，防止长期处于水下海水腐蚀严重；浮箱6和储气袋14均置于海面上，通过进气管15连接，进气管15的长度不小于高低潮位水位差，防止高潮位时储气袋14上浮拉断进气管15；连杆9的安装高度要保证在低潮位时能按压到启闭阀门4。

工作时的清除方法，包括以下步骤：

S1、在高潮位时，储水箱2内注满水；

S2、退潮时，浮箱6随海面下降，安装于浮箱6顶的连杆9触碰出水管3上的启闭阀门4，储水箱2开启出水；

S3、出水管3的出水冲击滑块26上的伸缩水箱25：

初始状态下，导柱33的上端侧面与导口36贴合，伸缩水箱25的出水口（导口36）闭合，箱体30承接越来越多的水后，自重增加，使得箱体30通过滑柱28沿导柱33下滑；

下滑的过程中，压迫底部的复位弹簧29，同时联动两侧曲杆35回拉伸缩轮27，使得伸缩轮27缩回滑槽32内，即触发伸缩轮27收缩，滚轮进入滑槽32，引导滑块26沿滑槽32下滑，带动滑杆24下降；

在伸缩轮27处于滑槽32内的进程状态下，伸缩水箱25的出水口（导口36）处于导柱33的排水槽34位，箱体30的顶部在持续承接储水箱2出水的同时，箱体30内的水经排水槽34持续缓慢的排空；

S4、滑杆24（受滑块26包括伸缩水箱25蓄水的自重）下滑，联动上刀片20、下刀片22沿桩基1下移，并清理桩基1表面的附着物；上连接杆21沿滑槽32下移至最下端，即滑杆24的滑动进程，即上刀片20与下刀片22清理桩基1的高度；

S5、波浪冲击浮箱6：

海浪上升时浮箱6上浮，联动活塞8杆7上升，推动活塞8压缩气缸5内气体，气缸522内气压增加，此时进气口10的单向阀11闭合，气体经出气口12的单向阀11进入储气袋14；

海浪下降时浮箱6下降，联动活塞8杆7抽动活塞8，由于储气袋14内气体无法回流，气缸5内出现负压，气体经进气口10的单向阀11进入气缸5；

以此往复向储气袋14内充气；

S6、当储气袋14内的气压达到气压阀18的临界压力值，气压阀18开启，气体进入气囊16，气囊16膨胀推动滑块26上升回到起始位置；伸缩轮27不受滑槽32内壁限制，因伸缩水箱25内的水已排空，滑柱28在复位弹簧29的压力下沿导柱33上移，联动伸缩轮27伸展弹出，限位滑块26固定，即将上刀片20、下刀片22抬起至桩基1上端的初始位置；

当气囊16内气压达到临界压力值，排气管17的气压阀18打开，排出气体，气囊16收缩回到初始状态；

S7、重复步骤S1-S6。

本发明的潮位能利用模块与波浪能利用模块在工作的先后顺序上并没有影响。若上、下刀片22下降完后，气能还没储存完毕，储水箱2再次出水，水可从滑槽32处自动流出；若上、下刀片22还没下降，气能已储存完毕进入气囊16，达到设定压力值后气压阀18自动开启排气，气囊16恢复原状，不会产生影响。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种自动清除海上桩基附着物的装置，其特征在于，包括设置于桩基上的潮位能利用模块和刀片升降模块，以及设置于海面，与刀片升降模块相连的波浪能利用模块；

所述潮位能利用模块，用于高潮位时积蓄海水，并利用低潮位时的水位差释放海水作为刀片升降模块下降的动力，

所述波浪能利用模块，用于积蓄波浪能，转为将刀片升降模块上升归位的气压动力；

所述潮位能利用模块包括环套于桩基上端的储水箱，其顶端敞口，出水管设于底侧，其出水口正对伸缩水箱；

所述出水管设有启闭阀门；

所述储水箱的安装位置，其顶端不超过海水高潮位；

所述波浪能利用模块包括浮箱、气缸、储气袋、气囊；

所述浮箱浮于海面，与气缸底部的活塞杆相连，联动活塞于气缸内滑动；气缸顶侧的进气口和出气口分别设有单向阀；

储气袋浮于海面，通过储气管与气缸的出气口相连；

气囊设于滑腔内，其进气管和排气管分别内置气压阀，并通过进气管与储气袋连接；

所述浮箱顶部设有触发启闭阀门的连杆。

2.根据权利要求1所述的一种自动清除海上桩基附着物的装置，其特征在于，所述刀片升降模块包括沿滑腔滑动的滑块，所述滑块的底部设有滑杆，滑杆的两端分别通过上连接杆、下连接杆与环套桩基的上刀片、下刀片连接；

所述滑腔的侧壁设有匹配上连接杆的滑槽；

所述滑块的两侧分别设有一对伸缩轮和若干对与滑腔内壁抵接的滑轮；

所述伸缩轮的收缩由设于滑块顶部的伸缩水箱控制。

3.根据权利要求2所述的一种自动清除海上桩基附着物的装置，其特征在于，所述滑块为中空腔体，其顶部敞口，内设导柱；

所述伸缩水箱包括设于滑块敞口端的箱体，箱体的顶部敞口，底部设有与导柱匹配的滑柱，底面设有与导柱匹配的导口；

所述导柱的底侧面设有排水槽，

于滑柱的下端与滑块之间，设有绕导柱设置的复位弹簧；

一对伸缩轮分别通过曲杆轴连接于滑柱的两侧。

4.根据权利要求2所述的一种自动清除海上桩基附着物的装置，其特征在于，所述气压阀的临界压力值为能使气囊推动滑块回到起始位置时的气压。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种自动清除海上桩基附着物的装置的清除方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在高潮位时，储水箱内注满水；

S2、退潮时，浮箱随海面下降，连杆触碰出水管上的启闭阀门，储水箱开启出水；

S3、水经出水管冲击滑块上的伸缩水箱，触发伸缩轮收缩，滑块沿滑槽下滑，带动滑杆下降；

S4、滑杆联动上刀片、下刀片沿桩基下移，并清理桩基表面的附着物；

S5、波浪冲击浮箱：海浪上升时浮箱上浮，联动活塞杆推动活塞压缩气缸内气体经出气口的单向阀进入储气袋；海浪下降时浮箱下降，联动活塞杆抽动活塞，气体经进气口的单向阀进入气缸；

S6、当储气袋内的气压达到气压阀的临界压力值，气压阀开启，气体进入气囊，气囊膨胀推动滑块上升回到起始位置，通过伸展的伸缩轮固定；

当气囊内气压达到临界压力值，排气管的气压阀打开，排出气体，气囊收缩；

S7、重复步骤S1-S6。

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