CN113494098A - 应用于吸力筒型基础的可回收式沉贯动力装置及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种应用于吸力筒型基础的可回收式沉贯动力装置及其施工方法，包括底部筒型基础及能与筒型基础磁吸对接固定的沉贯动力装置，筒型基础的顶部具有对接法兰盘，对接法兰盘中部具有环状防水凹槽，环状防水凹槽中部具有环形铁磁体，沉贯动力装置下部具有能扣于对接法兰盘外部的防水外罩，防水外罩内固定有能吸附环形铁磁体的电控吸盘，沉贯动力装置内具有能为吸力筒型基础提供负压及正压的潜水泵，本发明有效利用了电磁吸盘的电控性质，实现了沉贯动力装置的自动回收，可靠性高且便于维护，有效降低了吸力筒型基础安装的施工成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于吸力筒型基础的可回收式沉贯动力装置及其施工方法。
背景技术
随着人类对海洋的开发与保护，吸力筒型基础今年作为海洋结构的基础得到了广泛发展。
吸力筒型基础具有成本低、安装简便和可重复使用等优点。自1994年有挪威国家石油公司第一次成功应用吸力筒型基础平台以来，吸力筒型基础在北欧国家海上风电工程及海洋平台工程中得到广泛使用，我国第一座吸力筒型基础导管架平台CB20B安装成功，2010年由天津大学研制的吸力筒型基础在江苏海域成功安装，标志着吸力筒型基础在我国海上风电应用的开始。吸力筒型基础主要依靠泵提供的吸力进行沉贯安装，吸力筒型基础沉贯完成后需要人工潜水或者水下机器人实现回收，成本高且不利于吸力筒型基础的规模化发展，因此需要一种应用于吸力筒型基础的可以实现自动回收功能且可靠性高、成本低的沉贯动力装置。
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力筒型基础主要依靠泵提供的吸力进行沉贯安装，吸力筒型基础沉贯完成后需要人工潜水或者水下机器人实现回收，成本高且不利于吸力筒型基础的规模化发展。
本发明的具体实施方案是：一种种应用于吸力筒型基础的可回收式沉贯动力装置，包括底部筒型基础及能与筒型基础磁吸对接固定的沉贯动力装置，所述筒型基础的顶部具有对接法兰盘，所述对接法兰盘中部具有环状防水凹槽，所述环状防水凹槽中部具有环形铁磁体，所述沉贯动力装置下部具有能扣于对接法兰盘外部的防水外罩，所述防水外罩内固定有能吸附环形铁磁体的电控吸盘，沉贯动力装置内具有能为吸力筒型基础提供负压及正压的潜水泵。
进一步的，所述沉贯动力装置包括位于上部的潜水泵及潜水泵下方与筒型基础内腔联通的联通腔，所述联通腔底部一侧开设有低位连通口，低位连通口联通有竖向延伸的侧壁排出管，所述侧壁排出管中部与联通腔顶部具有高位连通口，所述侧壁排出管上端具有高位排出口，联通腔位于低位连通口与高位连通口之间还具有低位进液口，所述低位连通口、高位连通口、高位排出口及低位进液口具有控制阀门。
进一步的，所述电控吸盘的内侧及外侧具有能插入环形铁磁体内表面及外表面与环状防水凹槽的防水绝缘内堵环及防水绝缘外堵环。
进一步的，所述防水外罩内还具有电控栓，所述对接法兰盘内具有与电控栓配合的防水插孔，防水插孔电性连接控制阀门，从而将电源和控制信号传递给控制阀门。
进一步的，所述沉贯动力装置的顶部固定有吊环。
进一步的，所述沉贯动力装置的顶部固定有环形的电控充气浮圈，所述电控充气浮圈经管路连接有气泵。
本发明还包括一种利用如上所述的一种沉贯动力装置施工方法，包括以下步骤：
（1）吸力筒型基础下水前将利用沉贯动力装置的电控吸盘与环形铁磁体进行磁力对接，对接完毕后利用吊机和控制系统对所述动力装置顺序进行防水密闭检查与可靠性调试作业；
（2）吸力筒型基础入水后，顺序接触海床并开始自重入泥，自沉结束后通过控制系统启动动力装置进行吸力筒型基础的沉贯调平作业，控制系统根据吸力筒型基础所载倾角仪反馈信息，依靠调节管路系统进行沉贯过程中的调平作业，待吸力筒型基础沉放就位后水泵停机并顺序关闭对接结构的电控阀门。
（3）回收作业前关闭环形电磁吸盘电源，使沉贯动力装置可脱离连接结构；
（4）使沉贯动力装置上浮，待其浮到水面将其打捞回收；
（5）重复（1）～（4）能进行下一机位的吸力筒型基础的沉贯下沉作业。
进一步的，步骤（1）的沉贯动力装置与筒型基础对接时，电控吸盘的内侧及外侧的防水绝缘内堵环及防水绝缘外堵环插入环状凹槽内现对电控吸盘的第一层防水绝缘保护，电控吸盘的防水外罩与对接装置法兰盘外沿紧密贴合对环状电磁吸盘的第二层防水绝缘保护，环状防水绝缘外堵环内的电控栓可以插入对接结构法兰盘内的对接电控模块预留防水插孔里，从而将电源和控制信号传递给对接结构的耐压防水电控阀门。
进一步的，步骤（2）的调平作业中，所述侧壁排出管位于高位连通口上方开设有电控阀门A，侧壁排出管位于高位连通口与低位连通口之间具有电控阀门B，所述低位连通处具有电控阀门C，所述低位进液口处具有电控阀门D；
当电控阀门A18与电控阀门C20开启，电控阀门B19与电控阀门D21关闭时，潜水泵为将联通腔外部的泥液通经由内腔后通过高位连通口进入侧壁排出管后由高位排出口排出，从而为基础提供负压下沉动力；
当电控阀门B与电控阀门D电控阀门开启，电控阀门A与电控阀门C关闭时，沉贯动力装置内的负压泵从低位进液口进液并通过高位连通口进入侧壁排出管，再由侧壁排出管下部的低位连通口排出，从而为吸力筒型基础提供正压上拔动力；
通过调整改装型潜水泵的转速实现动力大小的控制负压或正压的大小。
进一步的，沉贯动力装置的顶部固定有环形的电控充气浮圈，所述电控充气浮圈经管路连接有气泵，可以使沉贯动力装置平稳脱离对接结构法兰面，防止脱离过程中的磕碰对装置的损坏。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明有效利用了电磁吸盘的电控性质，实现了沉贯动力装置的自动回收，可靠性高且便于维护，有效降低了吸力筒型基础安装的施工成本。
附图说明
图1附图为本发明所提供的沉贯动力装置总体示意图；
图2附图为本发明所提供的沉贯动力装置的对接装置示意图；
图3附图为本发明所提供的沉贯动力装置的回收装置示意图；
图4附图为本发明所提供的沉贯动力装置的吸盘构件剖面示意图；
图5附图为本发明调平作业中为吸力筒型基础提供负压下沉动力各个阀门状态示意图；（“√”代表阀门打开，“×”代表阀门关闭，箭头代表水流流向）；
图6附图为本发明调平作业中为吸力筒型基础提供正压上拔动力各个阀门状态示意图；（“√”代表阀门打开，“×”代表阀门关闭，箭头代表水流流向）；
上述图中：1-筒型基础，2-沉贯动力装置，3-控制系统，4-筒型基础底部，5-筒型基础耐压防水电控阀门，6-对接法兰盘，7-环状防水凹槽，71-环形铁磁体，8-电控模块，9-吸盘构件，10-调节管路系统，11-潜水泵，12-电控充气浮圈，13-环形电控吸盘，14-防水绝缘内堵环，15-防水绝缘外堵环，16-防水绝缘外罩，17-电控栓，18-电控阀门A，19-电控阀门B，20-电控阀门C，21电控阀门D，22-侧壁排出管，23-模块化构件，24-吊环，25-供电装置，26-信号接收装置，27-控制面板，28-控制面板。
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。
如图1～4所示，一种应用于吸力筒型基础的可回收式沉贯动力装置，包括底部筒型基础及能与筒型基础1磁吸对接固定的沉贯动力装置2；为了实现控制，位于海面上方还具有操作控制系统3，
本实施例中，所述筒型基础1的顶部具有对接法兰盘6，所述对接法兰盘6中部具有环状防水凹槽7，所述环状防水凹槽中部固定有环形铁磁体71，所述沉贯动力装置下部具有吸盘构件9，吸盘构件9包括能扣于对接法兰盘外部的防水绝缘外罩16，所述防水绝缘外罩16内固定有能吸附环形铁磁体的电控吸盘13。
为了提高防水性能，所述电控吸盘13的内侧及外侧具有能插入环形铁磁体内表面及外表面与环状防水凹槽的防水绝缘内堵环14及防水绝缘外堵环15。
沉贯动力装置与筒型基础对接时，电控吸盘的内侧及外侧的防水绝缘内堵环及防水绝缘外堵环插入环状凹槽内现对电控吸盘的第一层防水绝缘保护，电控吸盘的防水外罩与对接装置法兰盘外沿紧密贴合对环状电磁吸盘的第二层防水绝缘保护。
所述沉贯动力装置包括位于上部的潜水泵11及潜水泵下方与筒型基础内腔联通的联通腔，所述联通腔底部一侧开设有低位连通口，低位连通口联通有竖向延伸的侧壁排出管22，所述侧壁排出管中部与联通腔顶部具有高位连通口，所述侧壁排出管上端具有高位排出口，联通腔位于低位连通口与高位连通口之间还具有低位进液口，所述低位连通口、高位连通口、高位排出口及低位进液口具有控制阀门。
实施过程中，调节管路系统10分为侧壁排出管22与模块化构件23两个部分，其中模块化构件23包含兼为吸盘构件9与潜水泵11的连接性结构，可以根据吸力筒型基础施工要求制作相应大小的模块化构件，以匹配施工需求的潜水泵型号。潜水泵11的下部经改装可与模块化构件23相接，其出水管汇入侧壁排水管22。
工作时，潜水泵在联通腔内产生由腔内向侧壁排出管排出液体的驱动力。
如图5～6，调平作业中，所述侧壁排出管内位于高位连通口上方开设有电控阀门A18，侧壁排出管内位于高位连通口与低位连通口之间具有电控阀门B19，所述低位连通处具有电控阀门C20，所述低位进液口处具有电控阀门D21；
当电控阀门A18与电控阀门C20开启，电控阀门B19与电控阀门D21关闭时，潜水泵为将联通腔外部的泥液通经由内腔后通过高位连通口进入侧壁排出管后由高位排出口排出，从而为基础提供负压下沉动力；
当电控阀门B19与电控阀门D21电控阀门开启，电控阀门A18与电控阀门C20关闭时，沉贯动力装置内的负压泵从低位进液口吸入液体并通过高位连通口进入侧壁排出管，再由侧壁排出管下部的低位连通口排出，从而为吸力筒型基础提供正压上拔动力。
通过调整改装型潜水泵的转速实现动力大小的控制负压或正压的大小。
为了实现线路对，所述防水绝缘外罩16内还具有电控栓17，所述对接法兰盘内具有与电控栓配合的防水插孔，防水插孔电性连接控制阀门，从而将电源和控制信号传递给控制阀门。
控制系统3由供电装置25、信号接收装置26、控制面板27组成，可在控制面板28上实现沉贯动力装置的操作与监控。
本实施例中，所述沉贯动力装置的顶部固定有吊环24，用于起吊沉贯动力装置及其与吸力筒型基础连接后形成整体装置。
本实施例中，所述沉贯动力装置的顶部固定有环形的电控充气浮圈12，所述电控充气浮圈经管路连接有气泵。回收作业前关闭环形电磁吸盘13电源，使回收装置2可脱离连接结构1，打开电控充气浮圈12通过气泵充气使其上浮，待其浮到水面后利用系在吊环24上的吊缆将其打捞回收。
本发明还包括一种利用如上所述的一种沉贯动力装置施工方法，包括以下步骤：
（1）吸力筒型基础下水前将利用沉贯动力装置的电控吸盘与环形铁磁体进行磁力对接，对接完毕后利用吊机和控制系统对所述动力装置顺序进行防水密闭检查与可靠性调试作业；
（2）吸力筒型基础入水后，顺序接触海床并开始自重入泥，自沉结束后通过控制系统启动动力装置进行吸力筒型基础的沉贯调平作业，控制系统根据吸力筒型基础所载倾角仪反馈信息，依靠调节管路系统进行沉贯过程中的调平作业，待吸力筒型基础沉放就位后水泵停机并顺序关闭对接结构的电控阀门。
（3）回收作业前关闭环形电磁吸盘电源，使沉贯动力装置可脱离连接结构；
（4）使沉贯动力装置上浮，待其浮到水面将其打捞回收；
（5）重复（1）～（4）能进行下一机位的吸力筒型基础的沉贯下沉作业。
步骤（2）的调平作业中，所述侧壁排出管位于高位连通口上方开设有电控阀门A，侧壁排出管位于高位连通口与低位连通口之间具有电控阀门B，所述低位连通处具有电控阀门C，所述低位进液口处具有电控阀门D；
当电控阀门A18与电控阀门C20开启，电控阀门B19与电控阀门D21关闭时，潜水泵为将联通腔外部的泥液通经由内腔后通过高位连通口进入侧壁排出管后由高位排出口排出，从而为基础提供负压下沉动力；
当电控阀门B与电控阀门D电控阀门开启，电控阀门A与电控阀门C关闭时，沉贯动力装置内的负压泵从低位进液口进液并通过高位连通口进入侧壁排出管，再由侧壁排出管下部的低位连通口排出，从而为吸力筒型基础提供正压上拔动力。
通过调整改装型潜水泵的转速实现动力大小的控制负压或正压的大小。
沉贯动力装置的顶部固定有环形的电控充气浮圈，所述电控充气浮圈经管路连接有气泵，可以使沉贯动力装置平稳脱离对接结构法兰面，防止脱离过程中的磕碰对装置的损坏。电控充气浮圈可以在动力装置回收后进行放弃处理以备下一次使用
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 (10)
1.一种应用于吸力筒型基础的可回收式沉贯动力装置，其特征在于，包括底部筒型基础及能与筒型基础磁吸对接固定的沉贯动力装置，所述筒型基础的顶部具有对接法兰盘，所述对接法兰盘中部具有环状防水凹槽，所述环状防水凹槽中部具有环形铁磁体，所述沉贯动力装置下部具有能扣于对接法兰盘外部的防水外罩，所述防水外罩内固定有能吸附环形铁磁体的电控吸盘，沉贯动力装置内具有能为吸力筒型基础提供负压及正压的潜水泵。
2.根据权利要求1所述的应用于吸力筒型基础的可回收式沉贯动力装置，其特征在于，所述沉贯动力装置包括位于上部的潜水泵及潜水泵下方与筒型基础内腔联通的联通腔，所述联通腔底部一侧开设有低位连通口，低位连通口联通有竖向延伸的侧壁排出管，所述侧壁排出管中部与联通腔顶部具有高位连通口，所述侧壁排出管上端具有高位排出口，联通腔位于低位连通口与高位连通口之间还具有低位进液口，所述低位连通口、高位连通口、高位排出口及低位进液口具有控制阀门。
3.根据权利要求2所述的应用于吸力筒型基础的可回收式沉贯动力装置，其特征在于，所述电控吸盘的内侧及外侧具有能插入环形铁磁体内表面及外表面与环状防水凹槽的防水绝缘内堵环及防水绝缘外堵环。
4.根据权利要求1、2或3所述的应用于吸力筒型基础的可回收式沉贯动力装置，其特征在于，所述防水外罩内还具有电控栓，所述对接法兰盘内具有与电控栓配合的防水插孔，防水插孔电性连接控制阀门，从而将电源和控制信号传递给控制阀门，所述控制系统包括供电装及信号处理装置。
5.根据权利要求1、2或3所述的应用于吸力筒型基础的可回收式沉贯动力装置，其特征在于，所述沉贯动力装置的顶部固定有吊环。
6.根据权利要求1、2或3所述的一种应用于吸力筒型基础的可回收式沉贯动力装置，其特征在于，所述沉贯动力装置的顶部固定有环形的电控充气浮圈，所述电控充气浮圈经管路连接有气泵。
7.一种利用如权利要求4所述的一种沉贯动力装置施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）吸力筒型基础下水前将利用沉贯动力装置的电控吸盘与环形铁磁体进行磁力对接，对接完毕后利用吊机和控制系统对所述动力装置顺序进行防水密闭检查与可靠性调试作业；
（2）吸力筒型基础入水后，顺序接触海床并开始自重入泥，自沉结束后通过控制系统启动动力装置进行吸力筒型基础的沉贯调平作业，控制系统根据吸力筒型基础所载的倾角仪反馈信息，依靠调节管路系统进行沉贯过程中的调平作业，待吸力筒型基础沉放就位后水泵停机并顺序关闭对接结构的电控阀门。
（3）回收作业前关闭环形电磁吸盘电源，使沉贯动力装置可脱离连接结构；
（4）使沉贯动力装置上浮，待其浮到水面将其打捞回收；
（5）重复（1）~（4）能进行下一机位的吸力筒型基础的沉贯下沉作业。
8.根据权利要求7所述的一种应用于吸力筒型基础的可回收式沉贯动力装置及其施工方法，其特征在于，步骤（1）的沉贯动力装置与筒型基础对接时，电控吸盘的内侧及外侧的防水绝缘内堵环及防水绝缘外堵环插入环状凹槽内现对电控吸盘的第一层防水绝缘保护，电控吸盘的防水外罩与对接装置法兰盘外沿紧密贴合对环状电磁吸盘的第二层防水绝缘保护，环状防水绝缘外堵环内的电控栓可以插入对接结构法兰盘内的对接电控模块预留防水插孔里，从而将电源和控制信号传递给对接结构的耐压防水电控阀门。
9.根据权利要求1所述的一种应用于吸力筒型基础的可回收式沉贯动力装置及其施工方法，其特征在于，步骤（2）的调平作业中，所述侧壁排出管位于高位连通口上方开设有电控阀门A，侧壁排出管位于高位连通口与低位连通口之间具有电控阀门B，所述低位连通处具有电控阀门C，所述低位进液口处具有电控阀门D；
当电控阀门A18与电控阀门C20开启，电控阀门B19与电控阀门D21关闭时，潜水泵为将联通腔外部的泥液通经由内腔后通过高位连通口进入侧壁排出管后由高位排出口排出，从而为基础提供负压下沉动力；
当电控阀门B与电控阀门D电控阀门开启，电控阀门A与电控阀门C关闭时，沉贯动力装置内的负压泵从低位进液口进液并通过高位连通口进入侧壁排出管，再由侧壁排出管下部的低位连通口排出，从而为吸力筒型基础提供正压上拔动力；
通过调整改装型潜水泵的转速实现动力大小的控制负压或正压的大小。
10.根据权利要求7所述的一种应用于吸力筒型基础的可回收式沉贯动力装置及其施工方法，其特征在于，沉贯动力装置的顶部固定有环形的电控充气浮圈，所述电控充气浮圈经管路连接有气泵，可以使沉贯动力装置平稳脱离对接结构法兰面，防止脱离过程中的磕碰对装置的损坏。
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