CN113957897A - 一种导管架安装用卡桩器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导管架安装用卡桩器，包括外壳体和内壳体，所述的外壳体外侧沿其周向阵列安装有多个控制箱，所述的内壳体内侧沿其高度方向安装有多个隔板，其中，上部隔板上方和下部隔板下方均设有多个夹持装置，多个夹持装置沿内壳体周向环形阵列，上部隔板和下部隔板之间设有中层组件，所述的中层组件包括多个沿内壳体周向环形阵列的压缩装置，相邻压缩装置之间设有照明装置和图像采集器，所述的压缩装置与内壳体之间设有传感器，压缩装置顶部安装有滚球。本发明图像采集器提供卡桩器对钢桩的夹持、辅助调平，用图像采集器采集水下图像可以更方便的观测水下工况，而且易于实现信息集成，是实现计算机集成制造的基础技术。

Description

一种导管架安装用卡桩器

技术领域

本发明涉及一种卡桩器，尤其涉及一种导管架安装用卡桩器。

背景技术

随着海上油气资源的探索和开发，海上平台的建立也越来越受到更多的关注。我国海域面积大、海岸线长、近海地区水深较浅，非常适合导管架海上平台的建造安装。

导管架平台作为一种海上多功能固定式平台，主要用于海上油气资源的开发的处理。导管架平台具备较高的极限承载力，在海上建造安装时需要极强的平稳性和承载能力，以应对海上的风浪流等因素的影响。导管架的形式往往受到桩基的布置和桩的数目影响，在浅海地区多采用常规支撑方式，即钢桩进入导管架腿柱打入海床；深海地区采用辅桩来提高支撑能力，辅桩又分为边桩式和裙桩式。导管架平台下水后需要进行调平和打桩完成安装过程，因此，对钢桩入水后的定位、夹持则显得尤为重要。钢桩的打入对导管架平台的稳定性有着重要的作用。

在浅海地区也会采用辅桩的方式安装导管架，所以如何插桩、打入海床成为关注的重点问题。随着导管架平台功能由单一化向综合型发展，传统的吊装机、临时楔形块等临时固定和水下调平装置已无法满足要求。以我国浅海地区为例，多使用裙桩式导管架建造安装，常用的安装用卡桩器分为ST型、CS型、PS型、SA型。

卡桩器在导管架安装过程中起到了重要作用，能够使调平和打桩顺利完成。但是，考虑到水下境况复杂多变，卡桩器难以一次性夹持钢桩，需要重复多次进行夹持、辅助调平，所以需要一种可靠的控制方法操作卡桩器的重复工作。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种导管架安装用卡桩器，可以适应浅海地区导管架安装时对钢桩的夹持和辅助调平。

技术方案：本发明包括外壳体和内壳体，所述的外壳体外侧沿其周向阵列安装有多个控制箱，所述的内壳体内侧沿其高度方向安装有多个隔板，其中，上部隔板上方和下部隔板下方均设有多个夹持装置，多个夹持装置沿内壳体周向环形阵列，上部隔板和下部隔板之间设有中层组件，所述的中层组件包括多个沿内壳体周向环形阵列的压缩装置，相邻压缩装置之间设有照明装置和图像采集器，所述的压缩装置与内壳体之间设有传感器，压缩装置顶部安装有滚球。

所述的夹持装置包括推力杆壳体和推力杆，每个推力杆均通过推力杆壳体安装在内壳体内壁上，所述的推力杆与传动机构连接，通过传动机构带动其伸缩。

所述的推力杆前端嵌入电磁铁片，所述的电磁铁片表面采用沟槽形设计，增大对钢桩表面的接触，提供更大的夹持力而不对钢桩表面造成损伤。

所述的压缩装置包括弹簧，弹簧与内壳体之间设有压力传感器，弹簧顶部安装有弹簧滚球。

所述的压力传感器与控制箱连接，压力传感器将接收到压力信号后传送到控制箱10内置的控制板上，经处理后驱动上、中、下层组件进行工作。

所述的照明装置采用照明灯，照明灯安装在内壳体内壁上，照明灯外侧安装有图像采集器，照明灯泡外侧罩有发散透镜，在水下提供照明光。

所述的外壳体和内壳体之间留有内外壳体间槽，内外壳体间槽铺设控制线，通向上层组件、下层组件和中层组件，进行水下辅助调平和夹紧作业。

所述的外壳体顶部安装有顶盖，顶盖四周设有卡槽，顶盖和卡槽用于支撑和焊接导向圈，方便钢桩贯入，卡槽可以保护焊接处不会直接暴露在海水中，从而降低腐蚀程度。

所述的外壳体沿其周向阵列有多个吊环，相邻的吊环之间设有控制箱，吊装机作用于吊环将卡桩器吊装在裙桩套筒上，使卡桩器底部和裙桩套筒上部接触，并进行焊接。

所述的控制箱与甲板工作台连接，工作台通过主桩上固定的控制管线对卡桩器的控制箱进行操作。

有益效果：

(1)本发明主桩上固定的控制管线采用封塑性防水橡套设计(耐海水腐蚀)，且固定于主桩上，避免与海水直接接触；

(2)弹簧滚球均布于卡桩器环形空间内，能够对钢桩进行导向和辅助定位，受到挤压后的弹簧能够及时传输给压力传感器，经控制箱处理后驱动卡桩器的上、下层组件和中层组件工作；

(3)上、下隔板上安装的推力杆采用齿轮啮合传动，可以通过内外壳体间槽内铺设的线路进行传动控制，油缸供油作用于齿轮组，有效防止齿轮发生疲劳损坏或者断裂；

(4)卡桩器上的推力杆前端嵌入的电磁铁片经过搪瓷处理，有效隔绝海水中的电离子，避免磁性受到影响，工作时可以快速吸附在钢桩表面，电磁铁片表面的沟槽形状可以增大与钢桩表面接触时的摩擦力，提供更多的夹持力；

(5)照明灯泡外面是发散透镜，对光具有发散作用，可以扩大水下照明范围，发散透镜罩在不透水的盖板玻璃里面，灯架内部提供一个传感装置和停机机构，以应对万一发生的电气故障；

(6)图像采集器提供卡桩器对钢桩的夹持、辅助调平，在水下作业过程中，用人工作业有一定的危险，用图像采集器采集水下图像可以更方便的观测水下工况，而且易于实现信息集成，是实现计算机集成制造的基础技术。

附图说明

图1是本发明的卡桩器外部示意图；

图2是本发明的卡桩器内部示意图；

图3是本发明的卡桩器剖视图；

图4是本发明的卡桩器控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1至图3所示，本发明包括外壳体3和内壳体5，外壳体3和内壳体5之间留有内外壳体间槽4，内外壳体间槽4铺设控制线，通向上层组件、下层组件和中层组件，进行水下辅助调平和夹紧作业。外壳体3顶部安装有顶盖1，顶盖1四周设有卡槽2，顶盖1和卡槽2用于支撑和焊接导向圈，方便钢桩贯入，卡槽2可以保护焊接处不会直接暴露在海水中，从而降低腐蚀程度。外壳体3外侧沿其周向阵列安装有多个控制箱10，相邻控制箱10之间的外壳体3上安装有吊环9，吊装机作用于吊环9将卡桩器吊装在裙桩套筒上，使卡桩器底部和裙桩套筒上部接触，并进行焊接。控制箱10内置控制板，上部甲板工作台通过固定在主桩上的控制缆线和控制箱10连接，控制箱10的接通线路铺设在卡桩器内外壳体间槽4内。控制箱10由甲板上的电动机供电，驱动卡桩器水下作业，缆线采用封塑性防水橡套设计(耐海水腐蚀)，且固定于主桩上，避免与海水直接接触。

工作台安装在甲板上进行工作，可以方便工作人员在平台上进行操作，减少水下作业次数，工作台通过主桩上固定的控制管线对卡桩器的控制箱进行操作，控制箱内置控制板，控制板接通线路铺设在内外壳体间槽内，并通向上、中、下层组件，并控制其工作，完成对钢桩的辅助调平和夹持等水下作业。

如图2和图3所示，内壳体5内侧沿其高度方向设有上隔板14和下隔板15，上隔板14上方为上层组件，上隔板14和下隔板15之间为中层组件，下隔板15下方为下层组件，上层组件和下层组件关于内壳体5的中心面呈镜像分布。上层组件和下层组件均包括多个夹持装置，多个夹持装置沿内壳体5的周向环形阵列，夹持装置包括推力杆壳体1401和推力杆1404，每个推力杆1404均通过推力杆壳体1401安装在内壳体5内壁上，推力杆1404前端嵌入电磁铁片1405，可以更快吸附在钢桩表面，电磁铁片1405表面采用沟槽形设计，增大对钢桩表面的接触，提供更大的夹持力而不对钢桩表面造成损伤。上部推力杆向下夹持，下部推力杆向上夹持，形成同步夹持。推力杆1404底部设有齿条1403，推力杆壳体1401底部安装有电机1402，电机1402安装在上隔板14或下隔板15上，电机1402输出轴安装有齿轮，齿轮与齿条1401啮合，从而带动推力杆1404伸缩。齿轮传动机构内部连接油缸，防止传动过程中发生疲劳损伤和断裂等情况。

如图2所示，中层组件包括多个沿内壳体5周向环形阵列的弹簧7，每个弹簧7与内壳体5之间均安装有压力传感器6，弹簧7端部安装有弹簧滚球8，对钢桩起到导向和辅助定位的作用，钢桩在贯入时挤压弹簧滚球8使其收缩，同时滚球会挤压弹簧7收缩，弹簧7尾端连接的压力传感器6接收到压力信号后传送到控制箱10内置的控制板上，经处理后驱动上、中、下层组件进行工作。

相邻的弹簧7之间设有照明灯12，照明灯12安装在内壳体5内壁上，照明灯12外侧安装有图像采集器13，照明灯泡外侧套有发散透镜，罩在不透水的盖板玻璃里，在水下提供照明光。照明是影响图像采集器13工作的重要因素，它直接影响图像采集的质量和应用效果。图像采集器13根据照明灯12提供的光源来采集水下影像，将检测的目标转换成图像信号，传送给控制箱10内部处理，并传输到甲板上的工作台，实现计算机呈像。根据采集到的图像判断钢桩夹持、辅助调平情况，如果卡桩器的夹持出现角度偏移或辅助调平作业出现水平偏差，可通过控制台进行二次或多次作业，进而控制卡桩器对钢桩反复夹持、调整。

如图4所示为卡桩器控制原理图，上部甲板安置的控制台通过导管架主桩上固定的控制缆线连接控制箱10，接入控制箱10内置的控制板进行控制，控制板接通卡桩器内外壳体间槽4内铺设的线路，穿过通线孔11连通上、中、下层组件进行夹持工作。弹簧滚球8受到加压后通过弹簧7触碰压力传感器6，经压力传感器6传送到控制箱10内置的控制板上，驱动上、中、下层组件工作。本发明通过控制箱10可对卡桩器重复操作，以此来提高钢桩打入时的平稳性和安全性，同时加入水下照明灯和图像采集器用以观测钢桩贯入情况。

导管架平台在建造安装时，需要经历吊装、摆正、下水就位、打桩、调平、灌浆等步骤，完成调平后会使用卡桩器夹持钢桩，保持钢桩位置不变，进行辅助调平，来进行灌浆。导管架下水之前会在裙桩套筒上焊接卡桩器，控制管线绕过裙桩套筒连接卡桩器的控制箱，卡桩器在导管架下水之后，在辅助调平和打桩时开始工作，为钢桩提供夹持力。工作时，甲板上的控制台和卡桩器上的控制箱之间连接有耐海水腐蚀的控制管线，控制箱内置控制板接通线路铺设在内外壳体间槽内，穿过通线孔连接上、下层组件和中层组件进行工作。中层组件装有弹簧滚球对钢桩进行导向和辅助定位，受到钢桩挤压后的弹簧滚球通过挤压控制弹簧传送给压力传感器，经控制板信号处理后驱动上、下层组件和中层组件进行工作。

Claims (10)

1.一种导管架安装用卡桩器，其特征在于，包括外壳体(3)和内壳体(5)，所述的外壳体(3)外侧沿其周向阵列安装有多个控制箱(10)，所述的内壳体(5)内侧沿其高度方向安装有多个隔板，其中，上部隔板上方和下部隔板下方均设有多个夹持装置，多个夹持装置沿内壳体(5)周向环形阵列，上部隔板和下部隔板之间设有中层组件，所述的中层组件包括多个沿内壳体(5)周向环形阵列的压缩装置，相邻压缩装置之间设有照明装置和图像采集器(13)，所述的压缩装置与内壳体(5)之间设有传感器，压缩装置顶部安装有滚球。

2.根据权利要求1所述的一种导管架安装用卡桩器，其特征在于，所述的夹持装置包括推力杆壳体(1401)和推力杆(1404)，每个推力杆(1404)均通过推力杆壳体(1401)安装在内壳体(5)内壁上，所述的推力杆(1404)与传动机构连接。

3.根据权利要求2所述的一种导管架安装用卡桩器，其特征在于，所述的推力杆(1404)前端嵌入电磁铁片(1405)，所述的电磁铁片(1405)表面采用沟槽形设计。

4.根据权利要求1所述的一种导管架安装用卡桩器，其特征在于，所述的压缩装置包括弹簧(7)，弹簧(7)与内壳体(5)之间设有压力传感器(6)，弹簧(7)顶部安装有弹簧滚球(8)。

5.根据权利要求4所述的一种导管架安装用卡桩器，其特征在于，所述的压力传感器(6)与控制箱(10)连接。

6.根据权利要求1所述的一种导管架安装用卡桩器，其特征在于，所述的照明装置采用照明灯(12)，照明灯(12)安装在内壳体(5)内壁上，照明灯(12)外侧安装有图像采集器(13)，照明灯泡外侧罩有发散透镜。

7.根据权利要求1所述的一种导管架安装用卡桩器，其特征在于，所述的外壳体(3)和内壳体(5)之间留有内外壳体间槽(4)。

8.根据权利要求1或7所述的一种导管架安装用卡桩器，其特征在于，所述的外壳体(3)顶部安装有顶盖(1)，顶盖(1)四周设有卡槽(2)。

9.根据权利要求8所述的一种导管架安装用卡桩器，其特征在于，所述的外壳体(3)沿其周向阵列有多个吊环(9)，相邻的吊环之间设有控制箱。

10.根据权利要求1所述的一种导管架安装用卡桩器，其特征在于，所述的控制箱(10)与甲板工作台连接。

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