CN110644479A - 一种水下深层水泥搅拌船搅拌器冲洗系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水下深层水泥搅拌船搅拌器冲洗系统，包括船体、控制系统、升降测量装置和冲洗装置，控制系统包括主控电脑和可编程控制器；升降测量装置包括第二滑轮组，第三滑轮组，绕设在两者上且与处理机连接的钢缆，探测钢缆绕行行程的高程编码器；冲洗装置包括变频增压泵和与变频增压泵连接的环绕搅拌器设置的多个喷头，主控电脑控制起重绞车的电机正反转；且其将接收的钢缆行程数据与内部搅拌头结构数据对比，根据对比结果向可编程控制器发送控制信号，可编程控制器执行控制信号，控制变频增压泵抽水及对出水增压。本发明能及时清理搅拌器，避免人工冲洗搅拌器的不安全性，并能调整喷头的喷水压力，保证搅拌器的清洗效果的同时降低功耗。

Description

一种水下深层水泥搅拌船搅拌器冲洗系统

技术领域

本发明属于水下深层水泥搅拌船技术领域，尤其涉及一种水下深层水泥搅拌船搅拌器冲洗系统。

背景技术

水下深层水泥搅拌法环保、高效，非常适用于近海软土地基处理。该方法起源于美国，发展壮大在日本，我国1992年成功研制第一代水下深层水泥搅拌船，并进行了相关工程示范应用，但由于国情所限并未推广。近年来由香港机场第三跑道以及深中通道等大型工程的建设，水下深层水泥搅拌法开始大规模应用。

水下深层水泥搅拌法施工，搅拌器经常在上拔时带上大量泥土，会降低搅拌均匀性，影响搅拌器的搅拌头喷浆，不利于搅拌桩的施工质量。现有的做法是通过人工清洗搅拌器，但是采用人工清洗的方式不仅不安全，同时冲洗水压力不能过大，因为过大的水压人无法操控，这导致了搅拌器冲洗效果较差，但搅拌器如果不及时清理，又会严重影响施工质量。因此亟需设计一种水下深层水泥搅拌船搅拌器冲洗系统，能及时清理搅拌器，避免人工冲洗搅拌器的不安全性，在保证搅拌器清洗效果的同时降低功耗。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种水下深层水泥搅拌船搅拌器冲洗系统，能及时清理搅拌器，避免人工冲洗搅拌器的不安全性，并能根据搅拌器各部位带泥程度不同，调整喷头的喷水压力，在保证搅拌器的清洗效果的同时降低功耗。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种水下深层水泥搅拌船搅拌器冲洗系统，包括船体，船体上设有桩架和起重绞车，桩架上设置有沿着桩架而同步上升或同步下降的搅拌器及处理机，起重绞车通过钢丝绳及第一滑轮组控制处理机连同搅拌器上升或下降；水下深层水泥搅拌船搅拌器冲洗系统还包括控制系统、升降测量装置和冲洗装置，控制系统包括主控电脑和与主控电脑连接的可编程控制器；

升降测量装置包括钢缆，固定在桩架顶部的第二滑轮组，固定在桩架底部的第三滑轮组，以及用于探测钢缆绕行行程距离的高程编码器，钢缆的第一端通过连接杆与处理机顶部连接，钢缆的第二端依次穿过第二滑轮组和第三滑轮组后与其第一端相连成闭合环形；

冲洗装置包括变频增压泵和与变频增压泵的出水管连接的多个喷头，变频增压泵的进水管与水源连接，喷头设置在船体的甲板上且环绕在搅拌器外侧；

高程编码器与主控电脑通过信号连接并将探测到的钢缆行程数据传送到主控电脑；

主控电脑与起重绞车的开关连接并向起重绞车的开关输出控制信号，以控制该起重绞车的电机正反转，从而使搅拌器上升或下降；

主控电脑接收高程编码器探测的钢缆行程数据，并将该钢缆行程数据与其内保存的搅拌器结构数据进行对比，根据对比结果向可编程控制器发送控制信号；

可编程控制器根据所接收到的主控电脑的控制信号，控制变频增压泵开启或关闭以及控制变频增压泵输出不同水压。

相比于现有技术，本发明的有益效果为：冲洗高效、低功耗，自动化程度高，通过设置在船体上的冲洗装置能及时清理搅拌器，避免人工冲洗搅拌器的不安全性，以及高压冲洗时人员难以控制喷头的问题；通过升降测量装置将处理机与搅拌器的升降转换为钢缆的绕行行程，通过高程编码器探测钢缆绕行行程距离并将钢缆绕行行程数据传送给主控电脑，主控电脑将接收的钢缆的行程数据与其内保存的搅拌头结构数据对比，得出喷头射出水流所冲洗的搅拌器位置，并根据所冲洗的搅拌器位置的不同，向可编程控制器发送不同的控制信号，可编程控制器执行接收的主控电脑的控制信号，控制变频增压泵开启或关闭以及控制变频增压泵输出不同水压，从而使得喷头对搅拌器不同的位置采用不同的水压冲洗，在保证搅拌器的清洗效果的同时避免变频增压泵长时间的高功率工作，降低功耗，能有效提高了搅拌桩的施工质量。

进一步地，搅拌器设于处理机底部，其包括钻杆、搅拌头以及若干用于保持钻杆稳定的十字保持架，搅拌头设置在钻杆底端；

主控电脑设有数据存储单元及处理单元，数据存储单元内保存有搅拌器结构数据，搅拌器结构数据包括处理机的自身高度、钻杆的长度、每一个十字保持架到搅拌头的距离、每一个十字保持架的自身高度、搅拌头的自身高度和搅拌头到船体甲板的距离，处理单元接收高程编码器探测的钢缆行程数据并将该钢缆行程数据与存储单元保存的搅拌器结构数据进行对比，根据对比结果向可编程控制器发送控制信号。

进一步地，变频增压泵通过其出水管与喷头连接并输出不同水压以控制喷头射出高压喷水模式、中压喷水模式或低压喷水模式。

进一步地，第二滑轮组包括两个定滑轮，两个定滑轮间隔固定在桩架顶部。

进一步地，冲洗装置还包括环形管道，环形管道设置在船体的甲板上且环绕在搅拌器外侧，变频增压泵的进水管与环形管道连接，喷头均匀设置在环形管道上。

进一步地，环形管道垂直且环绕搅拌器设置。

进一步地，第三滑轮组安装在高程编码器内，钢缆与高程编码器之间为可滑动连接。

进一步地，升降测量装置还包括若干导向滑轮，导向滑轮通过位置可调的方式安装在桩架上以用于调节钢缆绕第二滑轮组和第三滑轮组运行的松紧度，钢缆单侧绕过导向滑轮。

进一步地，桩架上设有与导向滑轮数量相同的长条形的调节通孔，每一个导向滑轮通过锁紧件安装在对应的调节通孔上，松动锁紧件使得导向滑轮沿调节通孔移动调整。

进一步地，高程编码器为用于探测钢缆绕行行程数据并将其转换成通信信号的编码器。

附图说明

图1为本发明水下深层水泥搅拌船搅拌器冲洗系统的结构示意图；

图2为本发明水下深层水泥搅拌船搅拌器冲洗系统的结构示意图中A部分的放大示意图；

图3为本发明水下深层水泥搅拌船搅拌器冲洗系统的结构示意图中A部分的放大示意图；

图4为本发明水下深层水泥搅拌船搅拌器冲洗系统中控制系统与冲洗系统的连接示意图。

图中，1-船体，11-桩架，111-调节通孔，12-起重绞车，13-搅拌器，14-处理机，15-钢丝绳，16-第一滑轮组，21-主控电脑，22-可编程控制器，31-钢缆，32-第二滑轮组，33-高程编码器，34-连接杆，35-导向滑轮，351-紧固件，41-变频增压泵，42-喷头，43-环形管道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

请参阅图1，图1为本发明水下深层水泥搅拌船搅拌器冲洗系统的结构示意图。一种水下深层水泥搅拌船搅拌器冲洗系统，包括船体1，船体1上设有桩架11和起重绞车12，桩架11上设置有沿着桩架11而同步上升或同步下降的搅拌器13及处理机14，起重绞车12通过钢丝绳15及第一滑轮组16控制处理机14连同搅拌器13上升或下降。处理机14包括箱架、电机和倾斜仪，箱架的顶端设有吊装滑轮供钢丝绳15绕设，从而起重绞车12可以控制处理机14连同搅拌器13的升降，电机设置在箱架内部，倾斜仪设置在箱架底部，搅拌器13设置在处理机14的底部，其包括钻杆、搅拌头以及若干用于保持钻杆稳定的十字保持架，钻杆的顶端通过倾斜仪与箱架连接，搅拌头设置在钻杆的底端，搅拌头通过电机驱动进行钻孔作业。水下深层水泥搅拌船搅拌器冲洗系统还包括控制系统、升降测量装置和冲洗装置，控制系统包括主控电脑21和与主控电脑21连接可编程控制器22。具体地，主控电脑21与可编程控制器22通过以太网连接。升降测量装置测量处理机14上升和下降的距离数据，冲洗装置用于对搅拌器进行冲洗。

请结合参阅图2至图4，图2为本发明水下深层水泥搅拌船搅拌器冲洗系统的结构示意图中A部分的放大示意图，图3为本发明水下深层水泥搅拌船搅拌器冲洗系统的结构示意图中A部分的放大示意图，图4为本发明水下深层水泥搅拌船搅拌器冲洗系统中控制系统与冲洗系统的连接示意图。升降测量装置包括钢缆31，固定在桩架11顶部的第二滑轮组32，固定在桩架11底部的第三滑轮组，以及用于探测钢缆31绕行行程距离的高程编码器33，钢缆31的第一端通过连接杆34与处理机14顶部连接，钢缆31的第二端依次穿过第二滑轮组32和第三滑轮组后与其第一端相连成闭合环形。具体地，第三滑轮组安装在高程编码器33内，钢缆31与高程编码器33之间为可滑动连接。具体地，第二滑轮组32包括两个定滑轮，两个定滑轮间隔固定在桩架11顶部。钢缆31闭合成环形后可以绕第二滑轮组32和第三滑轮组滑动，因此主控电脑21控制起重绞车12拉升或下降处理机14时，由于处理机14的顶端通过连接杆34与钢缆31的第一端连接，即处理机的箱架的顶端通过连接杆34与钢缆的第一端连接，处理机14在上升或下降的过程中都会带动钢缆31的第一端同步上升或同步下降，从而带动钢缆31在绕第二滑轮组32和第二滑轮组滑动，以此把处理机14上升或下降的距离转换为钢缆31第一端上升或下降的距离，高程编码器33探测钢缆31绕行行程距离即为处理机14上升或下降的距离，高程编码器33将把钢缆31绕行行程距离数据转为电子信号传送给主控电脑21。具体地，高程编码器33为用于探测钢缆绕行行程数据并将其转换成通信信号的编码器，高程编码器33可采用常用的编码器。具体地，升降测量装置还包括若干导向滑轮35，导向滑轮35通过位置可调的方式安装在桩架11上以用于调节钢缆31绕第二滑轮组32和第三滑轮组运行的松紧度，钢缆31单侧绕过导向滑轮35。具体地，桩架11上设有与导向滑轮35数量相同的长条形的调节通孔111，每一个导向滑轮35通过锁紧件351安装在对应的调节通孔111上，松动锁紧件351使得导向滑轮35沿调节通孔111移动调整。锁紧件351可以使用螺栓，每一个导向滑轮35上设有安装通孔，每一个导向滑轮35通过螺栓安装在对应的调节通孔111上，并通过位于桩架11两侧的两个螺母来锁定，这样不影响导向滑轮35安装在桩架11上之后绕其圆心转动，在需要调节导向滑轮35时，只需要松动位于桩架11远离导向滑轮35一侧的螺母即可。

冲洗装置包括变频增压泵41和与变频增压泵41的出水管连接的多个喷头42，变频增压泵41的进水管与水源连接，喷头42设置在船体1的甲板上且环绕在搅拌器13的外侧。具体地，冲洗装置还包括环形管道43，环形管道43设置在船体1的甲板上且环绕在搅拌器13外侧，变频增压泵41的进水管与环形管道43连接，喷头42均匀设置在环形管道43上。具体地，环形管道43垂直且环绕搅拌器13设置。水源可以是海水。喷头42固定在环形管道43上，喷头42设置在环形管道43上的角度也是固定的，一般喷头42射出的水流与环形管道位于同一水平面，即喷头42射出的水流可以认为是与甲板在同一水平面。在搅拌器13固定不动时，经喷头42射出的水流到达搅拌器13的位置也就固定的，喷头42射出的水流所冲洗的搅拌器位置即为搅拌器上对应船体1甲板的位置。

主控电脑21与起重绞车12的开关连接并向起重绞车12的开关输出控制信号，以控制该起重绞车12的电机正反转，从而使搅拌器13上升或下降；主控电脑21接收高程编码器33探测的钢缆31行程数据并将该钢缆31行程数据与其内保存的搅拌器结构数据进行对比，根据对比结果向可编程控制器22发送控制信号；可编程控制器22根据所接收到的主控电脑21的控制信号，控制变频增压泵41开启或关闭以及控制变频增压泵41输出不同水压。具体地，起重绞车12的开关包括变频器，主控电脑21与该变频器连接并向该变频器输出控制信号，该变频器控制起重绞车12的电机正反转，以使得搅拌器13上升或下降。具体地，主控电脑21设有数据存储单元及处理单元，数据存储单元内保存有搅拌器结构数据，搅拌器结构数据包括处理机14的自身高度、钻杆的长度、每一个十字保持架到搅拌头的距离、每一个十字保持架的自身高度、搅拌头的自身高度和搅拌头到船体甲板的距离，处理单元接收高程编码器33探测的钢缆31行程数据并将该钢缆31行程数据与存储单元保存的搅拌器结构数据进行对比，根据对比结果向可编程控制器22发送控制信号，上述对比过程为处理单元根据高程编码器33探测的钢缆31行程数据算出处理机14下降的距离，并通过处理机14下降的距离和搅拌器结构数据得出喷头射出水流所冲洗的搅拌器13位置，并根据搅拌器13位置的不同向可编程控制器22发送不同的控制信号。可编程控制器22根据所接收到的主控电脑21的控制信号，控制变频增压泵41开启或关闭以及控制变频增压泵41输出不同水压。控制信号可以包括冲洗流程如冲洗水压、冲洗时间和冲洗次数等。具体地，变频增压泵41通过其出水管与喷头42连接并输出不同水压控制喷头42射出高压喷水模式、中压喷水模式或低压喷水模式。其中高压喷水模式、中压喷水模式和低压喷水的水压是预先设定好的。

在搅拌器13下贯作业前，将处理机14上升至最高处，将处理机14的最高处作为处理机14的初始位置，然后记录高程编码器33的初始值和搅拌器结构数据。后续在拉升或下降处理机14的过程中，主控电脑21都可以换算出处理机14距离初始位置的距离，结合搅拌头结构数据，主控电脑21即可得出搅拌器与船体1甲板对应的位置与搅拌头的距离，既能得出当前喷头冲洗的搅拌器位置与搅拌头的距离，同时根据搅拌器结构数据，得出当前喷头所冲洗的搅拌器的哪个部位。

在搅拌器13作业的时候，主控电脑21通过处理机14下降的距离、搅拌器13的长度和预先输入的船体1甲板到近海软土地基的高度，可以换算出搅拌器13在作业时下贯的深度，而搅拌器13下贯到地基下的搅拌段即为搅拌器13需要冲洗的部位，从而主控电脑21从处理机14下降的距离可以得知搅拌器13需要冲洗部位的长度，即搅拌段的长度。

在搅拌器13作业完成后，主控电脑21通过起重绞车12拉升处理机14，主控电脑21根据高程编码器33探测的钢缆行程数据可以得出处理机14相对初始位置的距离，判断搅拌段的上端到达对应船体1甲板的位置时，根据当前搅拌器13的冲洗位置与搅拌头的距离结合搅拌器结构数据可得到冲洗位置是搅拌器中的哪个部位。一般在搅拌器13上拔时，十字保持架相对是较易带泥的部位，搅拌头是极易带泥的部位。若主控电脑21得到喷头42当前冲洗的位置为钻杆，则发送第一控制信号到可编程控制器22，可编程控制器22执行所接收的主控电脑21的第一控制信号，控制变频增压泵41抽水并对出水采用低档增压，喷头42射出低压喷水模式，喷头42以低压水压射出水流冲洗钻杆部位；若主控电脑21判断喷头42当前冲洗的位置为十字保持架，则发送第二控制信号到可编程控制器22，可编程控制器22执行所接收的主控电脑21的第二控制信号，控制变频增压泵41抽水并对出水采用中档增压，喷头42射出中压喷水模式，喷头42以中压水压射出水流冲洗十字保持架部位；若主控电脑21判断喷头42当前冲洗的位置搅拌头，则发送第三控制信号到可编程控制器22，可编程控制器22执行所接收的主控电脑21的第三控制信号，控制变频增压泵41抽水并采用高档增压，喷头42射出高压喷水模式，喷头42以高压水压射出水流冲洗搅拌头，同时由于搅拌头上拔时极易带泥，相对于钻杆和十字保持架，在冲洗搅拌头时，除了控制变频增压泵41抽水并采用高档增压，同时可增加冲洗次数和冲洗时间，使得喷头42以高压水压、多次、长时对搅拌头进行冲洗。主控电脑21在可编程控制器22执行完每个控制信号后，就控制起重绞车12拉升处理机14一段距离，直到把搅拌器13的搅拌段全部冲洗为止。当然在搅拌器13作业完成后，也可以先将处理机14拉升至最高处，然后在控制处理机14下降以对搅拌器13进行冲洗。

相比于现有技术，本发明的有益效果为：冲洗高效、低功耗，自动化程度高，通过设置在船体1上的冲洗装置能及时清理搅拌器13，避免人工冲洗搅拌器13的不安全性，以及高压冲洗时人员难以控制喷头42的问题；通过升降测量装置将处理机14与搅拌器13的升降转换为钢缆31的绕行行程，通过高程编码器33探测钢缆31绕行行程距离并将钢缆31绕行行程数据传送给主控电脑21，主控电脑21将接收的钢缆31的行程数据与其内部保存的搅拌头结构数据对比，得出喷头42射出水流所冲洗的搅拌器13位置，并根据所冲洗的搅拌器13位置的不同，向可编程控制器22发送不同的控制信号，可编程控制器22执行接收的主控电脑21的控制信号，控制变频增压泵41开启或关闭以及控制变频增压泵41输出不同水压，从而使得喷头42对搅拌器13不同的位置采用不同的水压冲洗，在保证搅拌器13的清洗效果的同时避免变频增压泵41长时间的高功率工作，降低功耗，能有效提高了搅拌桩的施工质量。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (10)

1.一种水下深层水泥搅拌船搅拌器冲洗系统，包括船体，所述船体上设有桩架和起重绞车，所述桩架上设置有沿着桩架而同步上升或同步下降的搅拌器及处理机，所述起重绞车通过钢丝绳及第一滑轮组控制处理机连同搅拌器上升或下降；其特征在于，还包括控制系统、升降测量装置和冲洗装置，所述控制系统包括主控电脑和与主控电脑连接的可编程控制器；

所述升降测量装置包括钢缆，固定在所述桩架顶部的第二滑轮组，固定在所述桩架底部的第三滑轮组，以及用于探测所述钢缆绕行行程距离的高程编码器，所述钢缆的第一端通过连接杆与处理机顶部连接，所述钢缆的第二端依次穿过第二滑轮组和第三滑轮组后与其第一端相连成闭合环形；

所述冲洗装置包括变频增压泵和与变频增压泵的出水管连接的多个喷头，所述变频增压泵的进水管与水源连接，所述喷头设置在船体的甲板上且环绕在搅拌器外侧；

所述高程编码器与主控电脑通过信号连接并将探测到的钢缆行程数据传送到主控电脑；

所述主控电脑与起重绞车的开关连接并向起重绞车的开关输出控制信号，以控制该起重绞车的电机正反转，从而使搅拌器上升或下降；

所述主控电脑接收高程编码器探测的钢缆行程数据，并将该钢缆行程数据与其内保存的搅拌器结构数据进行对比，根据对比结果向可编程控制器发送控制信号；

所述可编程控制器根据所接收到的主控电脑的控制信号，控制变频增压泵开启或关闭以及控制变频增压泵输出不同水压。

2.根据权利要求1所述的水下深层水泥搅拌船搅拌器冲洗系统，其特征在于，所述搅拌器设于处理机底部，其包括钻杆、搅拌头以及若干用于保持钻杆稳定的十字保持架，所述搅拌头设置在钻杆底端；

所述主控电脑设有数据存储单元及处理单元，所述数据存储单元内保存有搅拌器结构数据，搅拌器结构数据包括处理机的自身高度、钻杆的长度、每一个十字保持架到搅拌头的距离、每一个十字保持架的自身高度、搅拌头的自身高度和搅拌头到船体甲板的距离，所述处理单元接收高程编码器探测的钢缆行程数据并将该钢缆行程数据与存储单元保存的搅拌器结构数据进行对比，根据对比结果向可编程控制器发送控制信号。

3.根据权利要求1或2任一项所述的水下深层水泥搅拌船搅拌器冲洗系统，其特征在于，所述变频增压泵通过其出水管与喷头连接并输出不同水压以控制喷头射出高压喷水模式、中压喷水模式或低压喷水模式。

4.根据权利要求1或2任一项所述的水下深层水泥搅拌船搅拌器冲洗系统，其特征在于，所述第二滑轮组包括两个定滑轮，所述两个定滑轮间隔固定在桩架顶部。

5.根据权利要求1或2任一项所述的水下深层水泥搅拌船搅拌器冲洗系统，其特征在于，所述冲洗装置还包括环形管道，所述环形管道设置在船体的甲板上且环绕在搅拌器外侧，所述变频增压泵的进水管与环形管道连接，所述喷头均匀设置在环形管道上。

6.根据权利要求5所述的水下深层水泥搅拌船搅拌器冲洗系统，其特征在于，所述环形管道垂直且环绕搅拌器设置。

7.根据权利要求1或2任一项所述的水下深层水泥搅拌船搅拌器冲洗系统，其特征在于，所述第三滑轮组安装在高程编码器内，所述钢缆与高程编码器之间为可滑动连接。

8.根据权利要求1或2任一项所述的水下深层水泥搅拌船搅拌器冲洗系统，其特征在于，所述升降测量装置还包括若干导向滑轮，所述导向滑轮通过位置可调的方式安装在桩架上以用于调节钢缆绕第二滑轮组和第三滑轮组运行的松紧度，所述钢缆单侧绕过导向滑轮。

9.根据权利要求8所述的水下深层水泥搅拌船搅拌器冲洗系统，其特征在于，所述桩架上设有与导向滑轮数量相同的长条形的调节通孔，每一个所述导向滑轮通过锁紧件安装在对应的调节通孔上，松动所述锁紧件使得导向滑轮沿调节通孔移动调整。

10.根据权利要1或2任一项所述的水下深层水泥搅拌船搅拌器冲洗系统，其特征在于，所述高程编码器为用于探测钢缆绕行行程数据并将其转换成通信信号的编码器。

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