CN114152163B - 一种海上风机安装用礁石地基爆破防护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上风机安装用礁石地基爆破防护装置，属于防护装置领域，一种海上风机安装用礁石地基爆破防护装置，包括船体和安装在船体上的柔性防护装置，船体上设有四个升降气缸，升降气缸的输出端固定有高压水泵，船体的两侧对称固定有收纳仓，收纳仓的一侧设有收卷电机，收卷电机的输出端固定柔性防护装置的一端，柔性防护装置呈扇形结构，船体顶部设有与柔性防护装置相匹配的支撑槽，两个柔性防护装置对称设置在支撑槽内，柔性防护装置包括扇形气囊、抗冲击层和高压喷头，本发明结构简单，能有效抵挡爆破产生的礁石碎屑，保护现场施工设备和人员的安全，具有市场前景，适合推广。

Description

一种海上风机安装用礁石地基爆破防护装置

技术领域

本发明涉及防护装置领域，更具体地说，涉及一种海上风机安装用礁石地基爆破防护装置。

背景技术

由于海上风机具有不占用土地资源、风速更高、年利用小时数更高等诸多优点，其受到全球的广泛关注。随着过去20年间，海上风机的迅猛发展。已经有第一批海上风机达到服役寿命，需要退役。但是风机退役始终是一个难题。一方面，退役机组的回收利用是值得考虑的问题，另一方面，风机拆解成本居高不下制约了进一步降低海上风电价格的愿景。出于安全生产等考虑，需要将风机拆解后选取可重复利用部件回收使用。根据DNVGL的估计，海上风机机组退役成本大概为安装成本的60％-70％。高昂的退役成本直接制约了风电作为清洁能源的普及。目前海上风机以单桩式为主要结构形式，其特点为结构简单、造价低廉，通常安装于水深不大于30米的浅海区域。因此单桩式风机的回收成为一个亟待解决重要的课题。

海上风机在安装时需要对所安装位置处地基进行处理，通常会对礁石进行爆破，爆破产生的礁石碎屑向外飞溅容易对周围其他设备造成影响，为此我们提出一种海上风机安装用礁石地基爆破防护装置来解决以上问题。

发明内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种海上风机安装用礁石地基爆破防护装置，可以通过带有高压水泵、升降气缸、收纳仓、收卷电机及柔性防护装置的船体，在实际使用时，通过遥控设备远程将船体运送至爆破地点，此时通过升降气缸将高压水泵上移，利用高压水泵空转产生气压，通过三通电磁阀分流至竖直囊体，进而使竖直囊体、径向囊体、弧形囊体膨胀，从收纳仓内弹出，此时通过升降气缸将高压水泵下移，高压水泵的输入端与海水接触，三通电磁阀调整流向，使竖直囊体闭合，水平囊体连通，水平囊体受海水填充增加自身重力漂浮在海面上，为柔性防护装置整体提供稳定支撑力，高压海水依次通过水平囊体、供压管、弧形管输送至高压喷头处，此时多个外侧喷头喷射组成扇形水幕，进而通过水幕中水流的冲击降低礁石碎屑向外飞溅冲量，同时多个内侧喷头在水压及自旋叶片的带动下发生旋转，进而使自内侧喷头在外侧喷头的水幕内喷射出旋转的锥形水幕，使部分冲量过大的礁石碎屑穿透外侧喷头的水幕后，受到内侧喷头的旋转锥形水幕的二次阻挡，同时利用旋转的水幕可改变礁石碎屑的冲击方向，进而最大限度的保护柔性防护装置后方需保护的施工设备，本发明结构简单，能有效抵挡爆破产生的礁石碎屑，保护现场施工设备和人员的安全，具有市场前景，适合推广。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种海上风机安装用礁石地基爆破防护装置，包括船体和安装在船体上的柔性防护装置，所述船体上设有四个升降气缸，所述升降气缸的输出端固定有高压水泵，所述船体的两侧对称固定有收纳仓，所述收纳仓的一侧设有收卷电机，所述收卷电机的输出端固定柔性防护装置的一端，所述柔性防护装置呈扇形结构，所述船体顶部设有与柔性防护装置相匹配的支撑槽，两个所述柔性防护装置对称设置在支撑槽内，所述柔性防护装置包括扇形气囊、抗冲击层和高压喷头，所述扇形气囊包括呈直角设置的水平囊体和竖直囊体，所述水平囊体和竖直囊体间设有若干径向囊体和弧形囊体，所述径向囊体和弧形囊体的一侧均设有与其轮廓相对应的内嵌凹槽，所述内嵌凹槽内分别安装有供压管和弧形管，所述供压管和弧形管夹接固定在抗冲击层和内嵌凹槽间，若干所述高压喷头等角度均分设置在弧形管上且与弧形管连通设置，所述高压喷头包括外侧喷头和内侧喷头，所述内侧喷头通过转轴转动连接在外侧喷头上，连接所述内侧喷头的转轴上固定有自旋叶片。

本发明通过带有高压水泵、升降气缸、收纳仓、收卷电机及柔性防护装置的船体，在实际使用时，通过遥控设备远程将船体运送至爆破地点，此时通过升降气缸将高压水泵上移，利用高压水泵空转产生气压，通过三通电磁阀分流至竖直囊体，进而使竖直囊体、径向囊体、弧形囊体膨胀，从收纳仓内弹出，此时通过升降气缸将高压水泵下移，高压水泵的输入端与海水接触，三通电磁阀调整流向，使竖直囊体闭合，水平囊体连通，水平囊体受海水填充增加自身重力漂浮在海面上，为柔性防护装置整体提供稳定支撑力，高压海水依次通过水平囊体、供压管、弧形管输送至高压喷头处，此时多个外侧喷头喷射组成扇形水幕，进而通过水幕中水流的冲击降低礁石碎屑向外飞溅冲量，同时多个内侧喷头在水压及自旋叶片的带动下发生旋转，进而使自内侧喷头在外侧喷头的水幕内喷射出旋转的锥形水幕，使部分冲量过大的礁石碎屑穿透外侧喷头的水幕后，受到内侧喷头的旋转锥形水幕的二次阻挡，同时利用旋转的水幕可改变礁石碎屑的冲击方向，进而最大限度的保护柔性防护装置后方需保护的施工设备，本发明结构简单，能有效抵挡爆破产生的礁石碎屑，保护现场施工设备和人员的安全，具有市场前景，适合推广。

进一步的，所述外侧喷头及内侧喷头的喷射范围均为锥形喷射面，所述内侧喷头的喷射范围小于外侧喷头。

进一步的，所述水平囊体与供压管、弧形管依次连通设置，所述竖直囊体与径向囊体、弧形囊体依次连通设置，所述高压水泵的输出端通过三通电磁阀分别与水平囊体、竖直囊体的输入端连通设置。

进一步的，所述升降气缸上移至最大行程时，所述高压水泵的输入端脱离海平面，所述升降气缸下移至最大行程时，所述高压水泵的输入端低于海平面。通过四个高压水泵结构设计，使高压水泵在下移与海水接触工作时，其产生的泵吸力与船体自身的浮力相互作用，进而使船体牢固吸附在海面，为柔性防护装置提供锚抓力，使其受爆破冲击时，不易发生侧翻现象。

进一步的，所述抗冲击层沿冲击面的一侧设有柔性纤维层，所述抗冲击层远离柔性纤维层的一侧设有多层叠加内仓，所述叠加内仓内填充有非牛顿流体。

进一步的，所述柔性纤维层为高抗拉聚丙烯纤维结构。

进一步的，每层所述叠加内仓等距均分排布，相邻两层的叠加内仓呈鱼鳞状交错叠加排布。通过柔性纤维层和填充有非牛顿流体的叠加内仓的结构设计，使爆破过程中的礁石碎屑飞溅至抗冲击层处时，能被柔性纤维层有效抵抗，并结合非牛顿流体的特性缓冲礁石碎屑的冲量，达到保护扇形气囊的目的，使扇形气囊的使用寿命达到提升。

进一步的，所述船体的底部固定有四个驱动螺旋桨。通过四个驱动螺旋桨的结构设计，一方面可使船体快速位移至指定的防护地点，另一方面能在防护过程中，利用四个驱动螺旋桨产生的推力，来抵抗海面波浪，进而达到锚定防护点的目的。

进一步的，两个所述竖直囊体相对的一侧均固定有柔性磁铁条。通过带有柔性磁铁条的竖直囊体的结构设计，使柔性防护装置开启时，相邻的竖直囊体能依靠柔性磁铁条贴合在一起，进而减小柔性防护装置的对合空隙，有效提升了防护面积。

进一步的，所述船体整体外壳为碳纤维结构。通过碳纤维结构的船体设计，有效降低了船体的自身重量，同时可提升船体自身的抗抗冲击力。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本方案通过带有高压水泵、升降气缸、收纳仓、收卷电机及柔性防护装置的船体，在实际使用时，通过遥控设备远程将船体运送至爆破地点，此时通过升降气缸将高压水泵上移，利用高压水泵空转产生气压，通过三通电磁阀分流至竖直囊体，进而使竖直囊体、径向囊体、弧形囊体膨胀，从收纳仓内弹出，此时通过升降气缸将高压水泵下移，高压水泵的输入端与海水接触，三通电磁阀调整流向，使竖直囊体闭合，水平囊体连通，水平囊体受海水填充增加自身重力漂浮在海面上，为柔性防护装置整体提供稳定支撑力，高压海水依次通过水平囊体、供压管、弧形管输送至高压喷头处，此时多个外侧喷头喷射组成扇形水幕，进而通过水幕中水流的冲击降低礁石碎屑向外飞溅冲量，同时多个内侧喷头在水压及自旋叶片的带动下发生旋转，进而使自内侧喷头在外侧喷头的水幕内喷射出旋转的锥形水幕，使部分冲量过大的礁石碎屑穿透外侧喷头的水幕后，受到内侧喷头的旋转锥形水幕的二次阻挡，同时利用旋转的水幕可改变礁石碎屑的冲击方向，进而最大限度的保护柔性防护装置后方需保护的施工设备，本发明结构简单，能有效抵挡爆破产生的礁石碎屑，保护现场施工设备和人员的安全，具有市场前景，适合推广。

（2）通过四个高压水泵结构设计，使高压水泵在下移与海水接触工作时，其产生的泵吸力与船体自身的浮力相互作用，进而使船体牢固吸附在海面，为柔性防护装置提供锚抓力，使其受爆破冲击时，不易发生侧翻现象。

（3）通过柔性纤维层和填充有非牛顿流体的叠加内仓的结构设计，使爆破过程中的礁石碎屑飞溅至抗冲击层处时，能被柔性纤维层有效抵抗，并结合非牛顿流体的特性缓冲礁石碎屑的冲量，达到保护扇形气囊的目的，使扇形气囊的使用寿命达到提升。

（4）通过带有柔性磁铁条的竖直囊体的结构设计，使柔性防护装置开启时，相邻的竖直囊体能依靠柔性磁铁条贴合在一起，进而减小柔性防护装置的对合空隙，有效提升了防护面积。

（5）通过四个驱动螺旋桨的结构设计，一方面可使船体快速位移至指定的防护地点，另一方面能在防护过程中，利用四个驱动螺旋桨产生的推力，来抵抗海面波浪，进而达到锚定防护点的目的。

（6）通过碳纤维结构的船体设计，有效降低了船体的自身重量，同时可提升船体自身的抗抗冲击力。

附图说明

图1为本发明的正面结构示意图；

图2为本发明的底面结构示意图；

图3为本发明的开启柔性防护装置时的正面结构示意图；

图4为本发明的开启柔性防护装置时的背面结构示意图；

图5为本发明的柔性防护装置的结构示意图；

图6为本发明的柔性防护装置爆炸结构示意图；

图7为本发明中提出的扇形气囊结构示意图；

图8为本发明中提出的供压管和弧形管的结构示意图；

图9为本发明中提出的抗冲击层的剖面结构示意图；

图10为本发明中提出的高压喷头的结构示意图。

图中标号说明：

船体1、驱动螺旋桨2、高压水泵3、升降气缸31、收纳仓4、收卷电机5、支撑槽6、扇形气囊7、水平囊体71、竖直囊体72、径向囊体73、弧形囊体74、内嵌凹槽75、抗冲击层8、柔性纤维层81、叠加内仓82、高压喷头9、外侧喷头901、内侧喷头902、自旋叶片903、供压管91、弧形管92。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-10，一种海上风机安装用礁石地基爆破防护装置，包括船体1和安装在船体1上的柔性防护装置，船体1上设有四个升降气缸31，升降气缸31的输出端固定有高压水泵3，船体1的两侧对称固定有收纳仓4，收纳仓4的一侧设有收卷电机5，收卷电机5的输出端固定柔性防护装置的一端，柔性防护装置呈扇形结构，船体1顶部设有与柔性防护装置相匹配的支撑槽6，两个柔性防护装置对称设置在支撑槽6内，柔性防护装置包括扇形气囊7、抗冲击层8和高压喷头9，扇形气囊7包括呈直角设置的水平囊体71和竖直囊体72，水平囊体71和竖直囊体72间设有若干径向囊体73和弧形囊体74，径向囊体73和弧形囊体74的一侧均设有与其轮廓相对应的内嵌凹槽75，内嵌凹槽75内分别安装有供压管91和弧形管92，供压管91和弧形管92夹接固定在抗冲击层8和内嵌凹槽75间，若干高压喷头9等角度均分设置在弧形管92上且与弧形管92连通设置，高压喷头9包括外侧喷头901和内侧喷头902，内侧喷头902通过转轴转动连接在外侧喷头901上，连接内侧喷头902的转轴上固定有自旋叶片903。

外侧喷头901及内侧喷头902的喷射范围均为锥形喷射面，内侧喷头902的喷射范围小于外侧喷头901，水平囊体71与供压管91、弧形管92依次连通设置，竖直囊体72与径向囊体73、弧形囊体74依次连通设置，高压水泵3的输出端通过三通电磁阀分别与水平囊体71、竖直囊体72的输入端连通设置，升降气缸31上移至最大行程时，高压水泵3的输入端脱离海平面，升降气缸31下移至最大行程时，高压水泵3的输入端低于海平面。通过四个高压水泵3结构设计，使高压水泵3在下移与海水接触工作时，其产生的泵吸力与船体1自身的浮力相互作用，进而使船体1牢固吸附在海面，为柔性防护装置提供锚抓力，使其受爆破冲击时，不易发生侧翻现象。

本发明通过带有高压水泵3、升降气缸31、收纳仓4、收卷电机5及柔性防护装置的船体1，在实际使用时，通过遥控设备远程将船体1运送至爆破地点，此时通过升降气缸31将高压水泵3上移，利用高压水泵3空转产生气压，通过三通电磁阀分流至竖直囊体72，进而使竖直囊体72、径向囊体73、弧形囊体74膨胀，从收纳仓4内弹出，此时通过升降气缸31将高压水泵3下移，高压水泵3的输入端与海水接触，三通电磁阀调整流向，使竖直囊体72闭合，水平囊体71连通，水平囊体71受海水填充增加自身重力漂浮在海面上，为柔性防护装置整体提供稳定支撑力，高压海水依次通过水平囊体71、供压管91、弧形管92输送至高压喷头9处，此时多个外侧喷头901喷射组成扇形水幕，进而通过水幕中水流的冲击降低礁石碎屑向外飞溅冲量，同时多个内侧喷头902在水压及自旋叶片903的带动下发生旋转，进而使自内侧喷头902在外侧喷头901的水幕内喷射出旋转的锥形水幕，使部分冲量过大的礁石碎屑穿透外侧喷头901的水幕后，受到内侧喷头902的旋转锥形水幕的二次阻挡，同时利用旋转的水幕可改变礁石碎屑的冲击方向，进而最大限度的保护柔性防护装置后方需保护的施工设备，本发明结构简单，能有效抵挡爆破产生的礁石碎屑，保护现场施工设备和人员的安全，具有市场前景，适合推广。

请参阅图1-10，抗冲击层8沿冲击面的一侧设有柔性纤维层81，抗冲击层8远离柔性纤维层81的一侧设有多层叠加内仓82，叠加内仓82内填充有非牛顿流体，柔性纤维层81为高抗拉聚丙烯纤维结构，每层叠加内仓82等距均分排布，相邻两层的叠加内仓82呈鱼鳞状交错叠加排布，通过柔性纤维层81和填充有非牛顿流体的叠加内仓82的结构设计，使爆破过程中的礁石碎屑飞溅至抗冲击层8处时，能被柔性纤维层81有效抵抗，并结合非牛顿流体的特性缓冲礁石碎屑的冲量，达到保护扇形气囊7的目的，使扇形气囊7的使用寿命达到提升。

船体1的底部固定有四个驱动螺旋桨2，通过四个驱动螺旋桨2的结构设计，一方面可使船体1快速位移至指定的防护地点，另一方面能在防护过程中，利用四个驱动螺旋桨2产生的推力，来抵抗海面波浪，进而达到锚定防护点的目的。

两个竖直囊体72相对的一侧均固定有柔性磁铁条，通过带有柔性磁铁条的竖直囊体72的结构设计，使柔性防护装置开启时，相邻的竖直囊体72能依靠柔性磁铁条贴合在一起，进而减小柔性防护装置的对合空隙，有效提升了防护面积。

船体1整体外壳为碳纤维结构。通过碳纤维结构的船体1设计，有效降低了船体1的自身重量，同时可提升船体1自身的抗抗冲击力。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种海上风机安装用礁石地基爆破防护装置，包括船体（1）和安装在船体（1）上的柔性防护装置，其特征在于：所述船体（1）上设有四个升降气缸（31），所述升降气缸（31）的输出端固定有高压水泵（3），所述船体（1）的两侧对称固定有收纳仓（4），所述收纳仓（4）的一侧设有收卷电机（5），所述收卷电机（5）的输出端固定柔性防护装置的一端，所述柔性防护装置呈扇形结构，所述船体（1）顶部设有与柔性防护装置相匹配的支撑槽（6），两个所述柔性防护装置对称设置在支撑槽（6）内，所述柔性防护装置包括扇形气囊（7）、抗冲击层（8）和高压喷头（9），所述扇形气囊（7）包括呈直角设置的水平囊体（71）和竖直囊体（72），所述水平囊体（71）和竖直囊体（72）间设有若干径向囊体（73）和弧形囊体（74），所述径向囊体（73）和弧形囊体（74）的一侧均设有与其轮廓相对应的内嵌凹槽（75），所述内嵌凹槽（75）内分别安装有供压管（91）和弧形管（92），所述供压管（91）和弧形管（92）夹接固定在抗冲击层（8）和内嵌凹槽（75）间，若干所述高压喷头（9）等角度均分设置在弧形管（92）上且与弧形管（92）连通设置，所述高压喷头（9）包括外侧喷头（901）和内侧喷头（902），所述内侧喷头（902）通过转轴转动连接在外侧喷头（901）上，连接所述内侧喷头（902）的转轴上固定有自旋叶片（903）；

所述水平囊体（71）与供压管（91）、弧形管（92）依次连通设置，所述竖直囊体（72）与径向囊体（73）、弧形囊体（74）依次连通设置，所述高压水泵（3）的输出端通过三通电磁阀分别与水平囊体（71）、竖直囊体（72）的输入端连通设置，通过升降气缸（31）将高压水泵（3）上移，利用高压水泵（3）空转产生气压，通过三通电磁阀分流至竖直囊体（72），进而使竖直囊体（72）、径向囊体（73）、弧形囊体（74）膨胀，从收纳仓（4）内弹出，此时通过升降气缸（31）将高压水泵（3）下移，高压水泵（3）的输入端与海水接触，三通电磁阀调整流向，使竖直囊体（72）闭合，高压海水依次通过水平囊体（71）、供压管（91）、弧形管（92）输送至高压喷头（9）处，此时多个外侧喷头（901）喷射组成扇形水幕。

2.根据权利要求1所述的一种海上风机安装用礁石地基爆破防护装置，其特征在于：所述外侧喷头（901）及内侧喷头（902）的喷射范围均为锥形喷射面，所述内侧喷头（902）的喷射范围小于外侧喷头（901）。

3.根据权利要求1所述的一种海上风机安装用礁石地基爆破防护装置，其特征在于：所述升降气缸（31）上移至最大行程时，所述高压水泵（3）的输入端脱离海平面，所述升降气缸（31）下移至最大行程时，所述高压水泵（3）的输入端低于海平面。

4.根据权利要求1所述的一种海上风机安装用礁石地基爆破防护装置，其特征在于：所述抗冲击层（8）沿冲击面的一侧设有柔性纤维层（81），所述抗冲击层（8）远离柔性纤维层（81）的一侧设有多层叠加内仓（82），所述叠加内仓（82）内填充有非牛顿流体。

5.根据权利要求4所述的一种海上风机安装用礁石地基爆破防护装置，其特征在于：所述柔性纤维层（81）为高抗拉聚丙烯纤维结构。

6.根据权利要求4所述的一种海上风机安装用礁石地基爆破防护装置，其特征在于：每层所述叠加内仓（82）等距均分排布，相邻两层的叠加内仓（82）呈鱼鳞状交错叠加排布。

7.根据权利要求1所述的一种海上风机安装用礁石地基爆破防护装置，其特征在于：所述船体（1）的底部固定有四个驱动螺旋桨（2）。

8.根据权利要求1所述的一种海上风机安装用礁石地基爆破防护装置，其特征在于：两个所述竖直囊体（72）相对的一侧均固定有柔性磁铁条。

9.根据权利要求1所述的一种海上风机安装用礁石地基爆破防护装置，其特征在于：所述船体（1）整体外壳为碳纤维结构。

Images