CN113280029B - 一种海上风电吸力桩吸力泵舱盖插销结构及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种海上风电吸力桩吸力泵舱盖插销结构及其工作方法，包括由上至下依次设置的上部基础结构、吸力桩连接段以及吸力桩本体，所述吸力桩连接段上设有吸力泵接口，所述吸力泵接口上方设有用以封闭吸力泵接口的舱盖组件，所述舱盖组件包括舱盖支臂以及位于舱盖支臂下部的吸力泵接口舱盖，所述舱盖支臂左侧设有U型结构，所述U型结构前面设有套筒，所述套筒内部穿设有贯穿U型结构的插销结构，所述套筒侧部设置有自复位挡板结构，用以限位插销结构。本发明设计合理，构造简单，自复位挡板结构可以保证插销穿过舱盖支臂耳孔和挡板后限制插销活动而达到锁死舱盖的目的，提高了安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种海上风电吸力桩吸力泵舱盖插销结构及其工作方法。
背景技术
随着国家提出开创合作共赢的气候治理新局面，形成各尽所能的气候治理新体系，坚持绿色复苏的气候治理新思路，早日实现碳中和的目标和政策后，绿色、清洁能源走上了历史舞台。燃机、光伏、风力发电等迅速发展。其中，海上风力发电近年来在我国的发展速度较快。我国海上风电风资源储备丰富、发电稳定、电网接入便利。水深5-50米海域，100米高度海上风资源可开放量约5亿千瓦，拥有广阔的发展前景。
另一方面，因受复杂海洋环境的影响，海上风电的建设难度也较大。目前常用的海上风电风机基础型式有重力式基础、单桩基础、多柱基础、吸力桩基础等。其中，吸力桩基础相比其他型式的基础，有许多特有的优势和特点：它能适用于海底基岩埋藏浅、传统风电桩基础需海上嵌岩施工的海域；同时可以避免嵌岩桩施工工期长、风险高、造价高的问题；在海底淤泥层深厚、土体承载力低的区域也能适用；避免了大直径单桩基础加工工艺要求高、产能不足、适用性不足的缺点；又因为吸力桩基础适应性较强，对施工窗口期要求低，因此能够有效缩短工程工期。在近期，国内有多个海上风电场都采用该基础型式作为主要的风机基础型式，但是现有的吸力桩基础结构复杂，舱盖锁定方式繁琐，无法实现简单操作，有些舱盖只是简单固定，这样有可能出现舱盖锁付不够牢固的问题，容易造成舱盖脱离，具有安全隐患。
发明内容
本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是提供一种海上风电吸力桩吸力泵舱盖插销结构及其工作方法,结构简单且使用方便。
本发明的具体实施方案是这样构成的，它包括由上至下依次设置的上部基础结构、吸力桩连接段以及吸力桩本体，所述吸力桩连接段上设有吸力泵接口，所述吸力泵接口上方设有用以封闭吸力泵接口的舱盖组件，所述舱盖组件包括舱盖支臂以及位于舱盖支臂下部的吸力泵接口舱盖，所述舱盖支臂左侧设有U型结构，所述U型结构前面设有套筒，所述套筒内部穿设有贯穿U型结构的插销结构，所述套筒侧部设置有自复位挡板结构，用以限位插销结构。
进一步的，所述插销结构包括插销、位于插销上的销钉以及位于插销端部的插销把手，所述套筒上设置有Z型开槽，用以限位销钉沿Z型开槽移动。
进一步的，所述自复位挡板结构包括位于套筒后侧部的支柱，所述支柱外部设置有可沿支柱转动的挡板，所述挡板与支柱之间设置有复位弹簧，所述U型结构前面设有用以限位挡板的挡块。
进一步的，所述吸力泵接口两侧设有吸力泵接口耳板，其中一侧的吸力泵接口耳板与舱盖组件一侧转动连接，另一侧的吸力泵接口耳板经插销结构与U型结构锁固。
进一步的，所述舱盖支臂两侧均设置有舱盖支臂耳孔，套筒中部与舱盖支臂耳孔中部位于同一中心线。
进一步的，所述销钉沿销钉长度方向设有缺口。
进一步的，一种海上风电吸力桩吸力泵舱盖插销结构的工作方法，包括步骤如下：（1）将吸力桩运输至指定海域位置后，将吸力桩整体吊装沉放在海床表面，在自重作用下完成吸力桩的初步沉贯，然后通过吸力泵经吸力泵接口将吸力桩本体内部的海水抽出，使吸力桩与周围土体产生负压，牢牢吸附于海床土体，完成吸力桩沉贯；（2）当吸力桩沉贯完成后，移除吸力泵并需要将舱盖组件进行关闭，将舱盖组件一侧沿铰接点转动关闭舱盖组件；（3）将插销穿入套筒内，销钉沿套筒上方的Z型开槽与套筒的插销完成连接，形成插销结构；（4）将插销结构沿Z型开槽由右至左移动至挡板处，此时插销依次穿过吸力泵接口耳板的耳孔以及舱盖支臂耳孔，从而将吸力泵接口舱盖牢牢锁定，使吸力泵接口舱盖封闭住吸力泵接口；（5）挡板在销钉的外力作用下逆时针转动，将销钉通过过挡板，在复位弹簧的弹力作用下，挡板又瞬时针运动复位，挡板重新与挡块抵靠在一起，位于挡板下方的Z型开槽内部形成了一个锁闭空间，保证插销机构无法脱出；（6）若要解锁插销结构，除非人为将挡板打开，才可解锁插销结构，打开舱盖组件。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本装置设计合理，构造简单，当吸力沉贯完成后需将吸力泵移除，关闭吸力泵接口舱盖，保证吸力泵接口处于封闭状态。通过在舱盖组件处设置带有Z型开槽的套筒，配合自复位挡板结构可轻松实现关闭吸力泵接口舱盖、避免插销脱开的功能。插销插入套筒后，再将销钉沿着Z型开槽空隙打入插销，使插销和销钉连成整体；此时插销只能沿着Z字形轨迹活动，避免了插销与套筒脱开。
在插销结构穿过舱盖支臂耳孔后，并通过挡板之后，因挡板的自复位功能与挡块的阻挡作用，插销被锁定在Z型开槽后部，由于挡块的阻挡作用，使插销被挡板限制柱，若不设置挡板，插销有可能会受到某些外力作用而在Z字形开槽处活动，导致插销脱出舱盖支臂耳板，使得吸力泵接口舱盖无法保持关闭状态。套筒上的Z型开槽与自复位挡板结构可以保证插销穿过舱盖支臂耳孔和挡板后限制其活动而达到锁死舱盖的目的，提高了安全性。
附图说明
图1为本发明实施例结构示意图；
图2为本发明实施例吸力桩连接段结构示意图；
图3为本发明实施例吸力桩连接段俯视图；
图4为图3的剖视图A-A；
图5为图4的剖视图B-B；
图6为本发明实施例舱盖组件结构示意图；
图7为图6的局部放大图；
图8为本发明实施例插销结构结构示意图；
图9为本发明实施例销钉的结构示意图；
图10为本发明实施例舱盖支臂和套筒局部正视图；
图11为本发明实施例自复位挡板结构工作状态图一；
图12为本发明实施例自复位挡板结构工作状态图二；
图中：1-吸力桩本体；2-吸力桩连接段；3-上部基础结构；4-吸力泵接口舱盖；5-套筒；6-自复位挡板结构；61-支柱，62-挡板，63-挡块；7-舱盖支臂；8-插销；9-销钉；91-缺口，10-插销把手；11-吸力泵接口；12-吸力泵接口耳板；13-舱盖支架，14-U型结构，15-舱盖支臂耳孔，16-Z型开槽，17-吸力泵接口耳板的耳孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
实施例：参照附图1-12所示，提供一种海上风电吸力桩吸力泵舱盖插销结构，包括由上至下依次设置的上部基础结构3、吸力桩连接段2以及吸力桩本体1，所述吸力桩连接段上设有吸力泵接口11，所述吸力泵接口处安装有吸力泵，所述吸力泵接口上方设有用以封闭吸力泵接口的舱盖组件，所述舱盖组件包括舱盖支臂7以及位于舱盖支臂下部的吸力泵接口舱盖4，所述舱盖支臂左侧设有U型结构14，所述U型结构前面设有套筒5，套筒为一空心圆管，所述套筒内部穿设有贯穿U型结构的插销结构，所述套筒侧部设置有自复位挡板结构6，用以限位插销结构。
上述的吸力泵接口形状可以是空心圆柱。
上述的吸力泵接口舱盖4形状为一圆板，并与舱盖支臂7焊接；吸力泵接口舱盖下方设有密封装置，用以密封吸力泵接口。
在本实施例中，所述插销结构包括插销8、位于插销上的销钉9以及位于插销端部的插销把手10，所述套筒上设置有Z型开槽16，用以限位销钉沿Z型开槽移动。
插销为一实心圆柱，一端削尖，目的是使插销更容易插入套筒5内部。
在本实施例中，所述自复位挡板结构包括位于套筒后侧部的支柱61，所述支柱外部设置有可沿支柱转动的挡板62，所述挡板与支柱之间设置有复位弹簧，所述U型结构前面设有用以限位挡板的挡块63。所述挡板截面呈L型。
自复位挡板结构的工作原理：受复位弹簧的作用，挡板62可绕支柱61顺时针转动，因挡块63的阻挡，挡板在不受外力（除复位弹簧眼里之外）的时将保持图11所示的状态。而当销钉9（与插销连成整体后）在套筒5的Z型开槽处由右向左运动到挡板处时，挡板在销钉的外力作用下发生逆时针转动，此时挡板进入图12所示状态。之后销钉继续运动，在销钉穿过挡板后，挡板受复位弹簧的作用而顺时针转动，恢复到图12所示的状态。至此，除非人为将挡板打开，否则销钉（连同插销）将被锁定在挡板以下的槽内，无法脱出。若不设置自复位挡板结构，仅设置Z字形开槽的话，则存在插销结构沿Z型开槽返回至套筒5右侧，脱离舱盖支臂耳孔，导致舱盖打开的风险。
在本实施例中，所述吸力泵接口两侧设有吸力泵接口耳板12，其中一侧的吸力泵接口耳板与舱盖组件一侧转动连接，另一侧的吸力泵接口耳板经插销结构与U型结构锁固。
在本实施例中，所述舱盖支臂两侧均设置有舱盖支臂耳孔15，套筒中部与舱盖支臂耳孔中部位于同一中心线；舱盖支臂左侧的舱盖支臂耳孔位于U型结构上。
在本实施例中，所述舱盖组件侧部设置有舱盖支架13，当舱盖组件打开时，其可以固定在舱盖支架上。
在本实施例中，所述销钉沿销钉长度方向设有缺口91；因销钉的存在，在销钉与插销连接时，销钉9在径向可有限伸缩。销钉9两端削尖，以便于打入插销上预留的开孔处。
插销8插入套筒5后，利用套筒的Z型开槽空隙将销钉9打入插销8的预留孔内。销钉9在打入插销8前，销钉直径略大于插销预留孔径；而销钉打入插销后，销钉9直径缩小，销钉原本将沿径向膨胀，但因销钉受到孔壁的约束，使得插销和销钉因膨胀力作用紧固在一起而连成整体；此时因销钉9被限制在Z型开槽处，只能沿着Z字形轨迹活动，避免了插销从套筒脱开。
吸力桩本体1形状为下端开口上端封闭的圆柱体或多边形柱体，所述吸力桩本体1可为单个或多个，所述多个吸力桩本体1之间可设置或不设置连接构件，所述多个吸力桩本体1与基础中心距离可完全一样或不一样，所述吸力桩连接段2位于吸力桩顶部，所述吸力桩连接段2将上部基础结构3与吸力桩本体1连成整体，所述上部基础结构3可为单柱、多柱、导管架等型式；所述吸力桩本体1可为单舱或多舱吸力桩。
上述吸力桩本体1形状为下端开口上端封闭的圆柱体，数量为三个。吸力桩本体1之间不设置连接构件，三个吸力桩本体1与基础中心距离相等。所述吸力桩连接段2位于吸力桩顶部，所述吸力桩连接段2将上部基础结构3与吸力桩本体1连成整体。所述下部吸力桩1数量与上部基础结构3的主腿数量一致，因此上部基础结构3为三腿导管架等型式。
所述上部基础结构3可竖直或倾斜一定角度与吸力桩连接段2连接。
所述上部基础结构3与吸力桩连接段2之间可通过螺栓连接、焊接或铆接的方式固定连接。
所述上部基础结构3与吸力桩本体1可中心或偏心布置。
所述吸力桩连接段2为吸力桩本体1顶板和其顶部设置的加强板。上述加强板可以是方形、三角形实心或开孔板，可以是单块板或箱梁结构，布置位置可以是吸力桩本体1顶部外侧或内侧。
所述舱盖支臂7可以由若干钢板焊接而成，其一侧的舱盖支臂耳孔供与吸力泵接口耳板的耳孔17相连，另一侧的舱盖支臂耳孔与吸力泵接口耳板供插销贯通。
在本实施例中，加工制造厂内，将吸力桩本体1、吸力桩连接段2、上部基础结构3通过焊接连接成一整体，并完成其他附属构件加工及防腐涂层工作后，由加工厂码头吊装或模块车运至运输驳船上，运输至指定施工海域位置后，将上述吸力桩整体吊装沉放到海床表面，在自重作用下完成吸力桩本体1初步沉贯。然后通过设置于吸力桩顶部连接段2上的吸力泵将吸力桩本体1内部的海水抽出，形成内外压力差和渗流场，进一步进行中心吸力桩本体1的沉贯，使吸力桩与周围土体产生负压，牢牢吸附于海床土体。吸力沉贯过程需控制好内外压差和排水量，同时注意调整吸力桩基础的平整度，使其满足设计要求。沉贯完成后，利用吸力泵接口舱盖4将吸力泵接口封闭，并用插销8锁定舱盖，防止脱开。
当吸力沉贯完成后需将吸力泵移除，关闭吸力泵接口舱盖，保证吸力泵接口处于封闭状态。首先，将插销穿入套筒内，沿套筒上方的Z型开槽向销钉与套筒的插销完成连接，形成插销结构；将插销结构沿Z型开槽由右至左移动至挡板处，挡板在销钉的外力作用下逆时针转动，销钉穿过挡板后，在复位弹簧的弹力作用下，挡板又瞬时针运动，挡板重新与挡块抵靠在一起，位于挡板下方的Z型开槽内部形成了一个锁闭空间，保证插销机构无法脱出，防止吸力泵接口舱盖打开导致的脱出风险，此时插销贯穿U型结构上的舱盖支臂耳孔以及位于U型结构的U型槽内的吸力泵接口耳部的耳孔17，从而实现将舱盖组件牢牢固定，封闭住吸力泵接口。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。
同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接（例如使用螺栓或螺钉连接），也可以理解为：不可拆卸的固定连接（例如铆接、焊接），当然，互相固定连接也可以为一体式结构（例如使用铸造工艺一体成形制造出来）所取代（明显无法采用一体成形工艺除外）。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (5)
1.一种海上风电吸力桩吸力泵舱盖插销结构，其特征在于，包括由上至下依次设置的上部基础结构、吸力桩连接段以及吸力桩本体，所述吸力桩连接段上设有吸力泵接口，所述吸力泵接口上方设有用以封闭吸力泵接口的舱盖组件，所述舱盖组件包括舱盖支臂以及位于舱盖支臂下部的吸力泵接口舱盖，所述舱盖支臂左侧设有U型结构，所述U型结构前面设有套筒，所述套筒内部穿设有贯穿U型结构的插销结构，所述套筒侧部设置有自复位挡板结构，用以限位插销结构；
所述插销结构包括插销、位于插销上的销钉以及位于插销端部的插销把手，所述套筒上设置有Z型开槽，用以限位销钉沿Z型开槽移动；
所述自复位挡板结构包括位于套筒后侧部的支柱，所述支柱外部设置有可沿支柱转动的挡板，所述挡板与支柱之间设置有复位弹簧，所述U型结构前面设有用以限位挡板的挡块。
2.根据权利要求1所述的一种海上风电吸力桩吸力泵舱盖插销结构，其特征在于，所述吸力泵接口两侧设有吸力泵接口耳板，其中一侧的吸力泵接口耳板与舱盖组件一侧转动连接，另一侧的吸力泵接口耳板经插销结构与U型结构锁固。
3.根据权利要求2所述的一种海上风电吸力桩吸力泵舱盖插销结构，其特征在于，所述舱盖支臂两侧均设置有舱盖支臂耳孔，套筒中部与舱盖支臂耳孔中部位于同一中心线。
4.根据权利要求1所述的一种海上风电吸力桩吸力泵舱盖插销结构，其特征在于，所述销钉沿销钉长度方向设有缺口。
5.一种利用如权利要求3所述的一种海上风电吸力桩吸力泵舱盖插销结构的工作方法，其特征在于，包括步骤如下：（1）将吸力桩运输至指定海域位置后，将吸力桩整体吊装沉放在海床表面，在自重作用下完成吸力桩的初步沉贯，然后通过吸力泵经吸力泵接口将吸力桩本体内部的海水抽出，使吸力桩与周围土体产生负压，牢牢吸附于海床土体，完成吸力桩沉贯；（2）当吸力桩沉贯完成后，移除吸力泵并需要将舱盖组件进行关闭，将舱盖组件一侧沿铰接点转动关闭舱盖组件；（3）将插销穿入套筒内，销钉沿套筒上方的Z型开槽与套筒的插销完成连接，形成插销结构；（4）将插销结构沿Z型开槽由右至左移动至挡板处，此时插销依次穿过吸力泵接口耳板的耳孔以及舱盖支臂耳孔，从而将吸力泵接口舱盖牢牢锁定，使吸力泵接口舱盖封闭住吸力泵接口；（5）挡板在销钉的外力作用下逆时针转动，将销钉通过过挡板，在复位弹簧的弹力作用下，挡板又瞬时针运动复位，挡板重新与挡块抵靠在一起，位于挡板下方的Z型开槽内部形成了一个锁闭空间，保证插销机构无法脱出；（6）若要解锁插销结构，除非人为将挡板打开，才可解锁插销结构，打开舱盖组件。
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