CN113882445A - 一种用于挖沟的海水喷射装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于挖沟的海水喷射装置，包括用于与挖沟机连接的喷射支架、与喷射支架连接的内设有高压水流通管道的回转支架、分别连通于回转支架两侧的两个喷射总管以及两个与喷射总管连通的埋设刀具，两个喷射总管分别与回转支架滑动连接以调节两个埋设刀具之间的距离，埋设刀具包括多个并排设置且向挖沟机前方延伸分布的喷射腿管，喷射腿管上开设有喷嘴，喷嘴分布于埋设刀具的前端、内侧面和下表面以从埋设刀具的前侧、内侧和下侧喷射出高压水流。本发明的海水喷射装置，可满足不同缆径的海底电缆的埋设需求，不同位置的喷嘴相互配合，实现挖沟的有效水力分配，适用于沙土、泥沙和黏土等固体流态化海床地质的端到端连续挖沟作业。
Description
技术领域
本发明涉及喷射挖沟设备技术领域，具体涉及一种用于挖沟的海水喷射装置。
背景技术
目前，喷射式挖沟装置由于能够适用于地质情况比较复杂的施工环境，在国内得到广泛的应用。喷射式挖沟装置通过对海底海床射流冲刷的方式进行海底挖沟作业，主要工作部件是喷射臂，喷射臂下方均密布喷嘴，喷射式挖沟装置工作时，喷射臂喷射出的高压水可在河床上冲出一条海底电缆沟槽，将海底电缆埋设于沟内。现有的喷射式挖沟装置，适用的电缆直径和挖沟环境十分有限，在工作对象和工作环境方面适应性不足，同时，对于先布缆后埋设和同步布缆埋设的海底电缆埋设模式，大多也只能适用单一的一种状态，施工环境局限大，不便于实际应用。因此，有必要设计一种新的喷射装置，以解决上述的问题。
发明内容
本发明的目的就是要解决现有技术的不足，提供一种用于挖沟的可满足不同直径和不同状态海底电缆的埋设需求的且适用于沙土、泥沙和黏土等固体流态化海床地质的海水喷射装置。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供一种用于挖沟的海水喷射装置，包括用于与挖沟机连接的喷射支架、与喷射支架连接的内设有高压水流通管道的回转支架、分别连通于回转支架两侧的两个喷射总管以及两个与喷射总管连通的埋设刀具，回转支架包括用于与工作水管道连接的回转接头，两个所述喷射总管分别与回转支架滑动连接以调节两个埋设刀具之间的距离，所述喷射腿管上开设有喷嘴，所述喷嘴分布于埋设刀具的前端、内侧面和下表面以从埋设刀具前侧、内侧和下侧喷射出高压水流。
在其中一实施例中，多个喷射腿管按照长度由长至短的顺序从上往下依次排布，长度最长的喷射腿管前端开设有喷嘴，其余喷射腿管的内侧面和下侧面分别开设有喷嘴。喷射腿管的最前端布设的一个喷嘴，以一定角度向海底喷射水流，对海床土壤进行预破坏，埋设刀具的内侧和下侧布设有多个喷嘴，埋设刀具上向内的喷嘴用于破坏埋设刀具之间的海床土壤，埋设刀具上向下的喷嘴用于挖沟作业，如此布设的喷嘴，可实现挖沟喷嘴的有效水力分配，以便产生的射流对海床土质产生最大的破坏性。
在其中一实施例中，设于喷射腿管下表面的喷嘴包括自喷射腿管下表面延伸而出形成的喷嘴外壳，所述喷嘴外壳相对喷射腿管下表面往喷射腿管前方斜向下延伸，所述喷射腿管下表面设有喷射方向不同的两组喷嘴外壳，喷射方向不同的两组喷嘴外壳在所述喷射腿管下表面上交错分布。设于喷射腿管下表面的喷嘴用于挖沟作业，在喷射腿管下表面上交错分布喷射方向不同的喷嘴外壳，有利于在海床上形成更大的高压水喷射范围，同时避免高压水柱之间相互干扰，高压水柱越多，越利于挖沟作业的快速进行，有利于提高挖沟效率。
在其中一实施例中，设于喷射腿管内侧面的喷嘴分布于每一喷射腿管的相对于相邻较短喷射腿管超出的管段的内侧。通过合理设置喷射腿管内侧面喷嘴的位置，使不同喷射腿管之间的内侧喷嘴配合，发挥最优的破土作用，避免喷射腿管内侧面喷嘴数量过多造成水力损失，同时，不同喷射腿管的内侧喷嘴之间的垂直距离较小，可确保在高剪切力和塑性的黏土中作业时，产生的弃土尺寸小于125mm。
在其中一实施例中，喷射总管包括圆筒状的滑动连接部，所述滑动连接部套接于回转支架的用于输出高压水的端部，所述回转支架的上端面设有用于调节埋设刀具相对于回转支架转动角度的转动装置，所述转动装置的输出端连接于喷射总管以调节所述滑动连接部的转动。通过调整埋设刀具相对于回转支架的角度，即埋设刀具相对海床的喷射角度，可以开挖出不同深度和形状的沟槽。
在其中一实施例中，所述滑动连接部通过滑块滑动连接于所述回转支架输出高压水的端部，所述滑块相对回转支架沿两个埋设刀具的排列方向滑动，所述滑动连接部的两端设有密封垫。
在其中一实施例中，回转支架通过轴承可转动的连接于喷射支架，所述轴承轴向沿竖直方向，所述喷射支架上设有直线驱动机构，所述直线驱动机构的输出端与回转支架铰接。通过直线驱动机构，调节回转支架相对喷射支架的转动，从而实现对海水喷射装置前进方向的调整，使回转支架跟随海底电缆走向，可以实现海底电缆边铺设边埋设和先铺设后埋设两种工作模式。
在其中一实施例中，所述直线驱动机构包括液压油缸和销轴，所述液压油缸的一端与喷射支架固定连接，所述液压油缸的另一端通过销轴与回转支架连接。
在其中一实施例中，所述喷射支架上设有回转限位板，所述回转支架上设有用于与所述回转限位板抵接以限制回转支架继续转动的限位挡板。
在其中一实施例中，所述埋设刀具上端设有安装结构，集成式压缆器通过所述安装结构安装于埋设刀具上，埋缆作业时，海水喷射装置跨坐在电缆上，根据埋缆深度要求，调整埋设刀具角度，压缆器在两条喷射臂之间，压在海底电缆上，以将电缆埋到预定的深度。或者，所述埋设刀具还包括用于连接喷射腿管的喷管接头，所述喷管接头包括多个用于与喷射腿管连接的出水端口，或者，所述喷射支架上设有用于固定线缆的线缆管夹，所述回转支架上安装有防腐蚀阳极组件和弯管组件。
与现有技术相比，本发明的用于挖沟的海水喷射装置的有益效果是：
(1)采用多腿管喷嘴设计，可根据作业环境的不同，调整参与作业的喷嘴数量，减少水力损失，设有两个埋设刀具，且两个埋设刀具的内侧面均布设喷嘴，可在双埋设刀具之间形成一个喷射区域，以破坏埋设刀具之间的海床土质，优化了埋设刀具喷射挖沟时的水力分配，能够挖出更深的沟深，可以适用于沙土、泥土和粘土等固体流态化海床地质，实现从沙滩-泥滩-浅水的连续挖沟作业。
(2)当喷射挖沟宽度在100mm-200mm之间时，两个埋设刀具之间的弃土不稳定，且会塌陷到刀具前缘的喷射路径上进而被破坏，不需要使用内侧喷嘴，而当挖沟宽度大于200mm时，必须使用内侧喷嘴，因此在挖沟宽度单一的埋设刀具侧面开设喷嘴时，容易造成水力的浪费，不利于充分发挥内侧喷嘴的作用，将海水喷射装置的两个埋设刀具设计成相互距离可以调整的双埋设刀具结构，既能开挖出不同宽度的沟槽，以埋设不同缆径的海底电缆，又能与喷射腿管内侧的喷嘴配合，充分发挥内侧喷嘴的作用，使埋设刀具具有更广泛的适用性。
本发明的其他优点将在随后的具体实施方式部分结合附图予以详细说明。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1为本发明一种用于挖沟的海水喷射装置一实施例的立体结构图；
图2为图1所示海水喷射装置的俯视图；
图3为图1所示海水喷射装置的侧视图；
图4为图3所示海水喷射装置沿A-A方向的剖视图；
图5为图1所示海水喷射装置另一角度的立体结构图；
图6为图1所示海水喷射装置中喷射刀具调整挖沟角度时的转向示意图；
图7a为图1所示海水喷射装置中喷射刀具的正视图；
图7b为7a所示喷射刀具的侧视图；
图7c为7a所示喷射刀具的后视图；
图8a为图1所示海水喷射装置中喷管接头的结构示意图；
图8b为图8a所示喷管接头沿B-B方向的结构示意图；
图9a为图1所示海水喷射装置中喷射刀具多腿管结构沿第一角度的分解示意图；
图9b为图1所示海水喷射装置中喷射刀具多腿管结构沿第二角度的分解示意图；
图10a为图7a所示喷射刀具中第一局部的喷嘴位置及结构示意图；
图10b为图10a所示结构沿C-C方向的结构示意图；
图11a为图7a所示喷射刀具中第二局部的喷嘴位置及结构示意图；
图11b为图11a所示结构沿D-D方向的结构示意图。
附图标记说明：1喷射支架，11轴承，12螺栓组件，13液压油缸，14销轴，15销轴锁定板，16回转限位板，17线缆管夹，18润滑油嘴，2回转支架，21回转接头，211密封垫片，22限位挡板，221限位挡板螺栓组件，23防腐蚀阳极组件，24弯管组件,25第一螺栓组件，3喷射总管，31滑动连接部，311滑块，32钢丝螺套，33第二螺栓组件，4埋设刀具，41喷射腿管，42喷嘴，421喷嘴外壳，422下端喷嘴，423内侧喷嘴，43安装结构，44喷管接头，441出水端口。
具体实施方式
为进一步解释本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明进行详细阐述，在附图中相同的参考标号表示相同的部件。
图1为本发明一种用于挖沟的海水喷射装置一实施例的立体结构图，结合参阅图1至图7，在本实施例中，海水喷射装置包括用于与挖沟机连接的喷射支架1、与喷射支架1连接的内设有高压水流通管道的回转支架2、分别连通于回转支架2两侧的两个喷射总管3以及两个与喷射总管3连通的埋设刀具4，喷射支架1通过螺栓组件安装到挖沟机支架上，回转支架2包括用于与工作水管道连接的回转接头21，两个喷射总管3分别与回转支架2滑动连接以沿两个埋设刀具4的排列方向调节两个埋设刀具4之间的距离。
在本实施例中，回转支架2通过两个轴承11和螺栓组件12可转动的连接于喷射支架1，轴承11轴向沿竖直方向，喷射支架1上设有直线驱动机构，直线驱动机构的输出端与回转支架2铰接以驱动回转支架2绕轴承11轴向转动。回转接头21通过螺栓组件连接到回转支架上，用以连接工作水管道，回转接头21的上下两端面均设置了密封垫片31。
具体的，直线驱动机构包括液压油缸13和销轴14，液压油缸13的一端通过螺栓和垫片与喷射支架1连接，且其上装有润滑油嘴18，液压油缸13的另一端通过销轴14与回转支架2连接，销轴14上安装有润滑油嘴，销轴14通过销轴锁定板15和螺栓与回转支架2连接。同时，喷射支架1上设有回转限位板16，回转支架2上设有用于与回转限位板16抵接以限制回转支架2继续转动的限位挡板22，限位挡板22通过限位挡板螺栓组件221安装在回转接头21上。
在本实施例中，喷射总管3包括钢丝螺套32和圆筒状的滑动连接部31，圆筒状滑动连接部31的轴向平行于两个埋设刀具4的排列方向，滑动连接部31套接于回转支架2的用于输出高压水的端部，转动装置通过第一螺栓组件25和第二螺栓组件33安装于回转支架2的上端面和喷射总管3的上端面，以用于调节埋设刀具4相对于回转支架2的转动角度。具体的，转动装置的输出端连接于喷射总管3，通过推动喷射总管3来实现滑动连接部31的转动，从而实现对埋设刀具4相对于回转支架2的转动角度的调节。通过调整埋设刀具相对回转支架的角度，可以开挖出不同深度的沟槽，海底电缆埋设深度可达3.8m。
在本实施例中，滑动连接部31通过滑块311滑动连接于回转支架2输出高压水的端部，滑块311相对回转支架2沿两个埋设刀具4的排列方向滑动，滑动连接部31的两端设有密封垫，两个埋设刀具4之间的距离可以调节，挖沟宽度可达100-350mm。
结合参阅图7至图11，在本实施例中，埋设刀具4采用多腿管设计，包括多个沿竖直方向并排设置且向挖沟机前方延伸分布的喷射腿管41和用于连接喷射腿管41的喷管接头44，喷射腿管41上开设有喷嘴42，以使埋设刀具4的前端、内侧面和下表面分布有喷嘴42，从埋设刀具4的前侧、内侧和下侧可喷射出高压水流，喷管接头44包括多个用于与喷射腿管41连接的出水端口441。喷射腿管41的前缘管段安装向下的用于挖沟的下端喷嘴422，喷射腿管41的内侧安装向下的内侧喷嘴423，以破坏埋设刀具4之间的海床土质，最上侧的喷射腿管41前部设置喷嘴42，对海底土壤进行预破坏；如此布设的喷嘴，可实现挖沟喷嘴的有效水力分配，以便产生的射流对海床土质产生最大的破坏性，适用于海水深度在0-1000m的强度达40KPa的沙土、泥沙和黏土等固体流态化海床地质，可实现从沙滩-泥滩-浅水的端到端的连续挖沟作业；不同喷射腿管的内侧喷嘴423之间的垂直距离较小，可确保在高剪切力和塑性的黏土中作业时，产生的弃土尺寸小于125mm；在多个喷射腿管41上安装独立的喷嘴42，可根据挖沟埋缆深度、土质等埋设环境的不同，调整参与挖沟埋埋缆喷嘴的数量，减少水力损失。
具体的，埋设刀具4包括6个均为直管的喷射腿管41，6个喷射腿管41按照长度由长至短的顺序从上往下依次排布，长度最长的喷射腿管41前端开设有喷嘴42，其余5个喷射腿管41分别在内侧面和下侧面开设有喷嘴42。其中，设于喷射腿管41下表面的喷嘴42包括自喷射腿管41下表面延伸而出形成的喷嘴外壳421，喷嘴外壳421相对喷射腿管41下表面往喷射腿管41前方斜向下延伸，喷射腿管41下表面设有喷射方向不同的两组喷嘴外壳421，喷射方向不同的两组喷嘴外壳421在喷射腿管41下表面上交错分布；设于喷射腿管41内侧面的喷嘴42分布于每一喷射腿管41的相对于相邻较短喷射腿管41超出的管段的内侧。在本实施例中，埋设刀具4上端设有安装结构43，集成式压缆器通过安装结构43安装于埋设刀具4上。在其他的实施例中，可以在回转支架2上预留位置以配载分离式压缆器；喷射腿管41的个数可以根据具体需要进行调整。
在海底挖沟埋缆过程中，首先，通过手动方式或自动装置调整好两个埋设刀具4之间的距离，同时，通过自动装置调整好埋设刀具4相对于回转支架2的角度，即埋设刀具4相对海床的喷射角度，以便开挖出合适的沟型和沟深；然后，通过配置的集成式压缆器或分离式压缆器，将海底电缆配置到位，高压工作水通过与工作水管道相连的回转接头21进入回转支架2内部后，经回转支架2内部的高压水通道，进入到两个喷射总管3中，然后经具有圆形端口的方形法兰组成的分配系统，将工作水分配至左右两个埋设刀具4的每个喷射腿管41中。当喷射挖沟宽度在100mm-200mm之间时，此挖沟宽度内，两个埋设刀具4之间的弃土不稳定，且会塌陷到刀具前缘的喷射路径上，进而被破坏，因此不需要使用内侧喷嘴423，内侧喷嘴423的停用通过在喷嘴42内安装盲板来实现；当挖沟宽度大于200mm时，必须使用内侧喷嘴423，同时，考虑到射流的影响范围必须大于埋设刀具4前缘射流的范围，必须向内侧喷嘴423提供更大的可用功率，从而降低海床土壤的剪切强度，确保埋设刀具4的正常作业。海水喷射装置在电缆的一端开始喷射挖沟，并通过压缆器将海底电缆送到指定深度，海水喷射装置对依次由沙滩、潮间带、浅水组成的地质进行持续喷射挖沟作业，同时，通过液压油缸13实时调整回转支架2的转向角度，以跟随电缆，直接到达海底电缆的另一端，完成挖沟埋设过程。
在本实施例中，喷射支架1上设有用于固定线缆的线缆管夹17，回转支架2上安装有防腐蚀阳极组件23和弯管组件24。
本发明的用于挖沟的海水喷射装置，用于喷射高压水的埋设刀具的下部、内侧和前端均布设特定角度的喷嘴，不仅提高喷射效率，同时，优化了喷射的水力分配，能够挖出更深的沟深；可配置在超浅水或浅水挖沟机上，适用于沙土、泥沙和黏土等固体流态化海床地质，可实现从沙滩-泥滩-浅水的端到端的连续挖沟作业；采用多腿管喷嘴设计，可根据作业环境的不同，调整参与作业喷嘴数量，减少水力损失；采用双埋设刀具，双埋设刀具之间的距离可以调节，通过调整双埋设刀具之间的距离可以开挖出不同宽度的沟槽，以满足不同直径海底电缆的埋设需求；通过调整埋设刀具相对回转支架的角度，可以开挖出不同深度的沟槽；可通过直线驱动机构调整海水喷射装置的方向以使其跟随海底电缆走向，实现海底电缆边铺设边埋设和先铺设后埋设两种工作模式；无需配载吸泥装置，简化了结构，在海水喷射装置上预留了压缆器安装位置，可配载集成式或分离式压缆器，适用于先布缆后埋设和同步布缆埋设两种模式。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于挖沟的海水喷射装置，其特征在于，包括用于与挖沟机连接的喷射支架(1)、与喷射支架(1)连接的内设有高压水流通管道的回转支架(2)、分别连通于回转支架(2)两侧的两个喷射总管(3)以及两个与喷射总管(3)连通的埋设刀具(4)，回转支架(2)包括用于与工作水管道连接的回转接头(21)，两个所述喷射总管(3)分别与回转支架(2)滑动连接以调节两个埋设刀具(4)之间的距离，所述埋设刀具(4)包括多个并排设置且向挖沟机前方延伸分布的喷射腿管(41)，所述喷射腿管(41)上开设有喷嘴(42)，所述喷嘴(42)分布于埋设刀具(4)的前端、内侧面和下表面以从埋设刀具(4)的前侧、内侧和下侧喷射出高压水流。
2.如权利要求1所述的海水喷射装置，其特征在于，多个喷射腿管(41)按照长度由长至短的顺序从上往下依次排布，长度最长的喷射腿管(41)前端开设有喷嘴(42)，其余喷射腿管(41)的内侧面和下侧面分别开设有喷嘴(42)。
3.如权利要求1所述的海水喷射装置，其特征在于，设于喷射腿管(41)下表面的喷嘴(42)包括自喷射腿管(41)下表面延伸而出形成的喷嘴外壳(421)，所述喷嘴外壳(421)相对喷射腿管(41)下表面往喷射腿管(41)前方斜向下延伸，所述喷射腿管(41)下表面设有喷射方向不同的两组喷嘴外壳(421)，喷射方向不同的两组喷嘴外壳(421)在所述喷射腿管(41)下表面上交错分布。
4.如权利要求2所述的海水喷射装置，其特征在于，设于喷射腿管(41)内侧面的喷嘴(42)分布于每一喷射腿管(41)的相对于相邻较短喷射腿管(41)超出的管段的内侧。
5.如权利要求1所述的海水喷射装置，其特征在于，喷射总管(3)包括圆筒状的滑动连接部(31)，所述滑动连接部(31)套接于回转支架(2)的用于输出高压水的端部，所述回转支架(2)的上端面设有用于调节埋设刀具(4)相对于回转支架(2)转动角度的转动装置，所述转动装置的输出端连接于喷射总管(3)以调节所述滑动连接部(31)的转动。
6.如权利要求5所述的海水喷射装置，其特征在于，所述滑动连接部(31)通过滑块(311)滑动连接于所述回转支架(2)输出高压水的端部，所述滑块(311)相对回转支架(2)沿两个埋设刀具(4)的排列方向滑动，所述滑动连接部(31)的两端设有密封垫。
7.如权利要求1-6任一项所述的海水喷射装置，其特征在于，回转支架(2)通过轴承(11)可转动的连接于喷射支架(1)，所述轴承(11)轴向沿竖直方向，所述喷射支架(1)上设有直线驱动机构，所述直线驱动机构的输出端与回转支架(2)铰接。
8.如权利要求7所述的海水喷射装置，其特征在于，所述直线驱动机构包括液压油缸(13)和销轴(14)，所述液压油缸(13)的一端与喷射支架(1)固定连接，所述液压油缸(13)的另一端通过销轴(14)与回转支架(2)连接。
9.如权利要求7所述的海水喷射装置，其特征在于，所述喷射支架(1)上设有回转限位板(16)，所述回转支架(2)上设有用于与所述回转限位板(16)抵接以限制回转支架(2)继续转动的限位挡板(22)。
10.如权利要求1所述的海水喷射装置，其特征在于，所述埋设刀具(4)上端设有安装结构(43)，集成式压缆器通过所述安装结构(43)安装于埋设刀具(4)上，或者，所述埋设刀具(4)还包括用于连接喷射腿管(41)的喷管接头(44)，所述喷管接头(44)包括多个用于与喷射腿管(41)连接的出水端口(441)，或者，所述喷射支架(1)上设有用于固定线缆的线缆管夹(17)，所述回转支架(2)上安装有防腐蚀阳极组件(23)和弯管组件(24)。
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