CN116427400B - 一种自升式风电安装平台桩靴及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自升式风电安装平台桩靴，其包括本体及设置在本体内的驱动机构、第一运动机构、第二运动机构、第一抗滑移组件、第二抗滑移组件和蓄能组件；桩靴本体与自升式风电安装平台的桩腿单元插配为一体；驱动机构同步驱动第一运动机构和第二运动机构，第一运动机构带动第一抗滑移组件和蓄能组件动作，第二运动机构则带动第二抗滑移组件动作；其中，当桩靴工作时，第一抗滑移组件沿垂直方向可转动地插入海床，第二抗滑移组件则朝外周沿斜向下方向可伸缩地插入海床。本发明的桩靴，不仅集成度高、操作方便、效率高，而且通过第一抗滑移组件和第二抗滑移组件的协同作用，解决了现有自升式风电安装平台桩靴横向抗滑移能力低的问题。

Description

一种自升式风电安装平台桩靴及其施工方法

技术领域

本发明涉及风电安装平台制造技术领域，具体涉及一种自升式风电安装平台桩靴及其施工方法。

背景技术

自升式风电安装平台作为海上风电项目建设的重要重要装备，得到越来越多的应用，通过该平台可对海上风机执行吊装作业。自升式风电安装平台通常对称设置有4个桩腿，每个桩腿底部连接有桩靴；通过带有能够自由升降的桩腿，作业时桩腿下伸到海底，与桩靴一起站立在海床上，进一步利用桩腿托起平台，并使平台底部离开海面一定的距离，从而避免海上浪流对平台的影响。

风电安装在海床地质层上作业，受海床地质层的地质条件不同及海浪载荷冲击的作用，在插桩作业时，极易导致桩靴在工作中发生侧滑现象，严重时危及风电安装平台的使用安全性；因而，对桩靴的横向抗滑移能力提出了更高的要求。

发明内容

鉴于以上现有技术的不足之处，本发明的一个方面是提供一种自升式风电安装平台桩靴，以解决现有自升式风电安装平台桩靴横向抗滑移能力低的问题。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

一种自升式风电安装平台桩靴，所述桩靴包括本体及设置在所述本体内的驱动机构、第一运动机构、第二运动机构、第一抗滑移组件、第二抗滑移组件和蓄能组件；所述桩靴本体与自升式风电安装平台的桩腿单元插配为一体；所述驱动机构同步驱动第一运动机构和第二运动机构，所述第一运动机构带动第一抗滑移组件和蓄能组件动作，所述第二运动机构则带动第二抗滑移组件动作；其中，当桩靴工作时，第一抗滑移组件沿垂直方向可转动地插入海床，第二抗滑移组件则朝外周沿斜向下方向可伸缩地插入海床。

进一步地，所述驱动机构包括电机、驱动轴和异形件；所述驱动轴由电机驱动旋转，所述异形件设置在驱动轴远离电机的一端；当所述驱动轴转动时，所述异形件带动第一运动机构沿竖直方向运动，同步带动第二运动机构沿水平方向转动。

进一步地，所述异形件的一端为扇形齿，所述扇形齿与第二运动机构中的第一环形齿轮内齿啮合传动，从而带动第二运动机构转动，所述异形件的另一端为细长的圆杆，所述圆杆穿过螺旋移动杆上开设的螺旋槽并固定在驱动轴上，所述圆杆带动螺旋移动杆沿竖直方向螺旋运动。

进一步地，所述第一运动机构包括螺旋移动杆、齿轮盘和圆盘；所述螺旋移动杆沿竖直方向设置，所述螺旋移动杆为中心空腔的圆管，所述螺旋移动杆通过空腔套接在驱动轴外，且所述螺旋移动杆沿外周螺旋方向靠近电机的部分区域开设有可穿过异形件圆杆的螺旋槽；所述齿轮盘设置在螺旋移动杆远离电机的一端，所述齿轮盘与第一抗滑移组件的内齿啮合传动进而带动第一抗滑移组件转动。

进一步地，所述第二运动机构包括第一环形齿轮、第二环形齿轮、螺杆和盖板；所述第二运动机构包括至少2个第二环形齿轮和至少2个相对应设置的螺杆，所述第一环形齿轮的外齿与第二环形齿轮的外齿啮合传动，所述第一环形齿轮的内齿与异形件的扇形齿啮合传动，所述螺杆设置在第二环形齿轮内并与第二环形齿轮的内齿啮合传动；所述盖板将第一环形齿轮和第二环形齿轮限定在同一水平方向，所述螺杆下端部开设有可与驱动块上端连接部相匹配的T型凹槽。

进一步地，所述第一抗滑移组件包括锥形部件、侧翼部件和圆柱内齿部件；所述锥形部件设置在圆柱内齿部件的下端，所述侧翼部件设置在圆柱内齿部件的外侧壁上，所述圆柱内齿部件沿其轴向方向设有与第一运动机构齿轮盘相啮合的内齿；所述侧翼部件可转动地架设在本体的底部位置。

进一步地，所述第二抗滑移组件包括至少2个抗滑移子单元，所述抗滑移子单元包括驱动块、锥形杆和若干个圆柱滚筒；所述抗滑移子单元对应设置螺杆的下方位置；所述驱动块上端设有与螺杆下端T型凹槽相匹配的T型连接部，所述驱动块下端固定有与圆柱滚筒外形尺寸大小一致的半圆柱；所述驱动块、圆柱滚筒和锥形杆三者之间通过连接杆彼此首尾可活动地连接成一体；所述锥形杆的上端固定有与圆柱滚筒外形尺寸大小一致的半圆柱。

进一步地，所述本体靠近下端位置的侧壁上设有斜向外延伸的斜向通道，所述斜向通道可容纳锥形杆和圆柱滚筒沿所述斜向通道内部移动。

进一步地，所述蓄能组件包括缸体、活塞和活塞杆；所述蓄能组件靠近第一运动机构圆盘的下方设置，设置数量可以为1个或者多个，所述活塞杆的一端与活塞连接，另一端设有与所述圆盘相接触的面板，所述活塞可移动地设置在缸体内；所述活塞杆由圆盘驱动进行动作。

本发明的另一方面是提供一种自升式风电安装平台桩靴的施工方法，当自升式风电安装平台工作时，采用如上述的自升式风电安装平台桩靴进行插桩施工操作和拔桩施工操作；

其中，插桩施工操作包括以下子步骤：

S11、所述桩靴本体因受到来自于桩腿单元的拖动力作用而深入海水中，直至所述第一抗滑移组件的锥形部件与海床地质层相顶触，

S12、所述桩靴本体在来自于桩腿单元的拖动力作用下而继续下沉，与此同时，所述驱动机构电机正向启动运转，所述第一抗滑移组件的锥形部件在第一运动机构的作用下而持续地执行周向旋转运动得以钻入海床地质层中；所述第二抗滑移组件的锥形杆在第二运动机构的推动力作用下而沿斜向通道钻入海床地质层中；

拔桩施工操作包括以下子步骤：

S21、所述驱动机构电机反向启动运转时，所述第一抗滑移组件的锥形部件因受到反向转动力矩作用而持续地执行周向旋转运动，以疏松海床地质层；所述第二抗滑移组件的锥形杆在第二运动机构的拖动力作用下而沿斜向通道脱离海床地质层；

S22、所述桩靴本体因受到来自于桩腿单元的拖动力作用而上升，直至脱离海面。

本发明的有益效果：

本发明自升式风电安装平台桩靴，通过包括驱动轴和异形件的驱动机构进行驱动，同步带动第一运动机构和第二运动机构动作，进而分别带动第一抗滑移组件和第二抗滑移组件钻入海床地质层中，两者协同作用，提高了自升式风电安装平台桩靴的横向抗滑移能力。

本发明自升式风电安装平台桩靴，桩靴整体集成度高、操作方便、效率高；另外通过设置蓄能组件，提高了其能量的利用效率。

附图说明

图1为本发明自升式风电安装平台桩靴的整体结构示意图。

图2为本发明驱动机构的结构示意图。

图3为本发明异形件的结构示意图。

图4为本发明第一运动机构的结构示意图。

图5为图1中A-A方向的剖视图。

图6为本发明第一抗滑移组件的结构示意图。

图7为图1中B处的局部放大图。

其中，本体1、驱动机构2、第一运动机构3、第二运动机构4、第一抗滑移组件5、第二抗滑移组件6、蓄能组件7、支撑板101、斜向通道102、电机201、驱动轴202、异形件203、扇形齿203a、圆杆203b、螺旋移动杆301、齿轮盘302、圆盘303、第一环形齿轮401、第二环形齿轮402、螺杆403、盖板404、锥形部件501、侧翼部件502、圆柱内齿部件503、驱动块601、圆柱滚筒602、锥形杆603、连接杆604、缸体701、活塞702、活塞杆703。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

实施例

如图1至图7所示，本实施例的自升式风电安装平台桩靴，其包括本体1及设置在所述本体1内的驱动机构2、第一运动机构3、第二运动机构4、第一抗滑移组件5、第二抗滑移组件6和蓄能组件7；所述桩靴本体1与自升式风电安装平台的桩腿单元插配为一体；所述驱动机构2同步驱动第一运动机构3和第二运动机构4，所述第一运动机构3带动第一抗滑移组件5和蓄能组件7动作，所述第二运动机构4则带动第二抗滑移组件6动作；其中，当桩靴工作时，第一抗滑移组件5沿垂直方向可转动地插入海床，第二抗滑移组件6则朝外周沿斜向下方向可伸缩地插入海床。本实施例的自升式风电安装平台桩靴，驱动机构2同步驱动第一运动机构3和第二运动机构4，整体集成度高；仅需启动驱动机构2电机201进行正转和反转，即可完成桩靴的插桩操作和拔桩操作，其操作方便、效率高。另外通过设置蓄能组件7，提高了桩靴的能量利用效率，也更加利于桩靴的拔桩操作。第一抗滑移组件5沿垂直方向可转动地插入海床地质层，结合第二抗滑移组件6沿斜向下方向可伸缩地插入海床地质层，提高了桩靴在海床地质层的接触面积，进而提高了桩靴的横向抗滑移能力。

在至少一个实施例中，所述驱动机构2包括电机201、驱动轴202和异形件203；所述驱动轴202由电机201驱动旋转，所述异形件203设置在驱动轴202远离电机201的一端；当所述驱动轴202转动时，所述异形件203带动第一运动机构3沿竖直方向运动，同步带动第二运动机构4沿水平方向转动。所述电机201可进行正转启动，也可以进行反转启动，以带动驱动轴202正转和反转。所述电机201安装在支撑板101上，所述支撑板101固定在本体1内壁上。

在至少一个实施例中，所述异形件203的一端为扇形齿203a，所述扇形齿203a与第二运动机构4中的第一环形齿轮401内齿啮合传动，从而带动第二运动机构4转动，所述异形件203的另一端为细长的圆杆203b，所述圆杆203b穿过螺旋移动杆301上开设的螺旋槽并固定在驱动轴202上，所述圆杆203b带动螺旋移动杆301沿竖直方向螺旋运动。

在至少一个实施例中，所述第一运动机构3包括螺旋移动杆301、齿轮盘302和圆盘303；所述螺旋移动杆301沿竖直方向设置，所述螺旋移动杆301为中心空腔的圆管，所述螺旋移动杆301通过空腔套接在驱动轴202外，且所述螺旋移动杆301沿外周螺旋方向靠近电机201的部分区域开设有可穿过异形件203圆杆203b的螺旋槽；所述齿轮盘302设置在螺旋移动杆301远离电机201的一端，所述齿轮盘302与第一抗滑移组件5的内齿啮合传动进而带动第一抗滑移组件5转动；所述圆盘303设置在螺旋移动杆301靠近齿轮盘302的一端。当螺旋移动杆301向下移动时，圆盘303与活塞杆703上端的面板面接触，进而推动活塞杆703向下运动，此时缸体701内腔得到压缩，积聚一定的势能；当螺旋移动杆301上移时，势能得到释放，助推第一运动机构3向上移动。

在至少一个实施例中，所述第二运动机构4包括第一环形齿轮401、第二环形齿轮402、螺杆403和盖板404；如图5所示，本实施例的第二运动机构4包括4个第二环形齿轮402和4个相对应设置的螺杆403，所述第一环形齿轮401的外齿与第二环形齿轮402的外齿啮合传动，所述第一环形齿轮401的内齿与异形件203的扇形齿203a啮合传动，所述螺杆403设置在第二环形齿轮402内并与第二环形齿轮402的内齿啮合传动；所述盖板404将第一环形齿轮401和第二环形齿轮402限定在同一水平方向，所述螺杆403下端部开设有可与驱动块601上端连接部相匹配的T型凹槽。所述第一环形齿轮401由扇形齿203a驱动转动，进而带动4个第二环形齿轮402转动，再分别带动4个螺杆403向下运动，推动驱动块601向下。

在至少一个实施例中，所述第一抗滑移组件5包括锥形部件501、侧翼部件502和圆柱内齿部件503；所述锥形部件501设置在圆柱内齿部件503的下端，所述侧翼部件502设置在圆柱内齿部件503的外侧壁上，所述圆柱内齿部件503沿其轴向方向设有与第一运动机构3齿轮盘302相啮合的内齿；所述侧翼部件502可转动地架设在本体1的底部位置。所述侧翼部件502外表面为圆柱形。锥形部件501的设置便于插桩时钻入质地坚硬的海床中；同时拔桩时，反向转动易于松动从海床中拔出。

在至少一个实施例中，如图7所示，所述第二抗滑移组件6包括4个抗滑移子单元，所述抗滑移子单元包括驱动块601、锥形杆603和若干个圆柱滚筒602；所述抗滑移子单元对应设置螺杆403的下方位置；所述驱动块601上端设有与螺杆403下端T型凹槽相匹配的T型连接部，所述驱动块601下端固定有与圆柱滚筒602外形尺寸大小一致的半圆柱；所述驱动块601、圆柱滚筒602和锥形杆603三者之间通过连接杆604彼此首尾可活动地连接成一体；所述锥形杆603的上端固定有与圆柱滚筒602外形尺寸大小一致的半圆柱。所述驱动块601下端半圆柱和锥形杆603上端半圆柱的设置，有利于在斜向通道102内保持同一方向运动，而不会导致驱动块601和锥形杆603在移动过程中发生偏移。本领域技术人员可以知晓的是，本实施例的圆柱滚筒602中心设有可转动的旋转轴，连接杆604的两端是分别连接在相邻两个并排布置圆柱滚筒602的旋转轴上，不会妨碍圆柱滚筒602在斜向通道102内滚动前行；进而当螺杆403向下推动驱动块601时，圆柱滚筒602不仅可在竖直方向移动，而且还可由竖直方向的通道转弯朝向斜向通道102内移动。

在至少一个实施例中，所述本体1靠近下端位置的侧壁上设有斜向外延伸的斜向通道102，所述斜向通道102可容纳锥形杆603和圆柱滚筒602沿所述斜向通道102内部移动。

在至少一个实施例中，所述蓄能组件7包括缸体701、活塞702和活塞杆703；所述蓄能组件7靠近第一运动机构3圆盘303的下方设置，对称设置数量有4个，所述活塞杆703的一端与活塞702连接，另一端设有与所述圆盘303相接触的面板，所述活塞702可移动地设置在缸体701内；所述活塞杆703由圆盘303驱动进行动作。

本发明的另一方面是提供一种自升式风电安装平台桩靴的施工方法，当自升式风电安装平台工作时，采用如上述的自升式风电安装平台桩靴进行插桩施工操作和拔桩施工操作；

其中，插桩施工操作包括以下子步骤：

S11、所述桩靴本体1因受到来自于桩腿单元的拖动力作用而深入海水中，直至所述第一抗滑移组件5的锥形部件501与海床地质层相顶触；

S12、所述桩靴本体1在来自于桩腿单元的拖动力作用下而继续下沉，与此同时，所述驱动机构2电机201正向启动运转，所述第一抗滑移组件5的锥形部件501在第一运动机构3的作用下而持续地执行周向旋转运动得以钻入海床地质层中；所述第二抗滑移组件6的锥形杆603在第二运动机构4的推动力作用下而沿斜向通道102钻入海床地质层中；

拔桩施工操作包括以下子步骤：

S21、所述驱动机构2电机201反向启动运转时，所述第一抗滑移组件5的锥形部件501因受到反向转动力矩作用而持续地执行周向旋转运动，以疏松海床地质层；所述第二抗滑移组件6的锥形杆603在第二运动机构4的拖动力作用下而沿斜向通道102脱离海床地质层；

S22、所述桩靴本体1因受到来自于桩腿单元的拖动力作用而上升，直至脱离海面。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。

Claims (3)

1.一种自升式风电安装平台桩靴，其特征在于，所述桩靴包括本体及设置在所述本体内的驱动机构、第一运动机构、第二运动机构、第一抗滑移组件、第二抗滑移组件和蓄能组件；所述桩靴本体与自升式风电安装平台的桩腿单元插配为一体；所述驱动机构同步驱动第一运动机构和第二运动机构，所述第一运动机构带动第一抗滑移组件和蓄能组件动作，所述第二运动机构则带动第二抗滑移组件动作；其中，当桩靴工作时，第一抗滑移组件沿垂直方向可转动地插入海床，第二抗滑移组件则朝外周沿斜向下方向可伸缩地插入海床；所述驱动机构包括电机、驱动轴和异形件；所述驱动轴由电机驱动旋转，所述异形件设置在驱动轴远离电机的一端；当所述驱动轴转动时，所述异形件带动第一运动机构沿竖直方向运动，同步带动第二运动机构沿水平方向转动；所述第一运动机构包括螺旋移动杆、齿轮盘和圆盘；所述螺旋移动杆沿竖直方向设置，所述螺旋移动杆为中心空腔的圆管，所述螺旋移动杆通过空腔套接在驱动轴外，且所述螺旋移动杆沿外周螺旋方向靠近电机的部分区域开设有可穿过异形件圆杆的螺旋槽；所述齿轮盘设置在螺旋移动杆远离电机的一端，所述齿轮盘与第一抗滑移组件的内齿啮合传动进而带动第一抗滑移组件转动；所述异形件的一端为扇形齿，所述扇形齿与第二运动机构中的第一环形齿轮内齿啮合传动，从而带动第二运动机构转动，所述异形件的另一端为细长的圆杆，所述圆杆穿过螺旋移动杆上开设的螺旋槽并固定在驱动轴上，所述圆杆带动螺旋移动杆沿竖直方向螺旋运动；所述第二运动机构包括第一环形齿轮、第二环形齿轮、螺杆和盖板；所述第二运动机构包括至少2个第二环形齿轮和至少2个相对应设置的螺杆，所述第一环形齿轮的外齿与第二环形齿轮的外齿啮合传动，所述第一环形齿轮的内齿与异形件的扇形齿啮合传动，所述螺杆设置在第二环形齿轮内并与第二环形齿轮的内齿啮合传动；所述盖板将第一环形齿轮和第二环形齿轮限定在同一水平方向，所述螺杆下端部开设有可与驱动块上端连接部相匹配的T型凹槽；所述第一抗滑移组件包括锥形部件、侧翼部件和圆柱内齿部件；所述锥形部件设置在圆柱内齿部件的下端，所述侧翼部件设置在圆柱内齿部件的外侧壁上，所述圆柱内齿部件沿其轴向方向设有与第一运动机构齿轮盘相啮合的内齿；所述侧翼部件可转动地架设在本体的底部位置；所述第二抗滑移组件包括至少2个抗滑移子单元，所述抗滑移子单元包括驱动块、锥形杆和若干个圆柱滚筒；所述抗滑移子单元对应设置螺杆的下方位置；所述驱动块上端设有与螺杆下端T型凹槽相匹配的T型连接部，所述驱动块下端固定有与圆柱滚筒外形尺寸大小一致的半圆柱；所述驱动块、圆柱滚筒和锥形杆三者之间通过连接杆彼此首尾可活动地连接成一体；所述锥形杆的上端固定有与圆柱滚筒外形尺寸大小一致的半圆柱；所述本体靠近下端位置的侧壁上设有斜向外延伸的斜向通道，所述斜向通道可容纳锥形杆和圆柱滚筒沿所述斜向通道内部移动。

2.如权利要求1所述的自升式风电安装平台桩靴，其特征在于，所述蓄能组件包括缸体、活塞和活塞杆；所述蓄能组件靠近第一运动机构圆盘的下方设置，设置数量可以为1个或者多个，所述活塞杆的一端与活塞连接，另一端设有与所述圆盘相接触的面板，所述活塞可移动地设置在缸体内；所述活塞杆由圆盘驱动进行动作。

3.一种自升式风电安装平台桩靴的施工方法，其特征在于，当自升式风电安装平台工作时，采用如权利要求1-2中任一项所述的自升式风电安装平台桩靴进行插桩施工操作和拔桩施工操作；

其中，插桩施工操作包括以下子步骤：

S11、所述桩靴本体因受到来自于桩腿单元的拖动力作用而深入海水中，直至所述第一抗滑移组件的锥形部件与海床地质层相顶触，

S12、所述桩靴本体在来自于桩腿单元的拖动力作用下而继续下沉，与此同时，所述驱动机构电机正向启动运转，所述第一抗滑移组件的锥形部件在第一运动机构的作用下而持续地执行周向旋转运动得以钻入海床地质层中；所述第二抗滑移组件的锥形杆在第二运动机构的推动力作用下而沿斜向通道钻入海床地质层中；

拔桩施工操作包括以下子步骤：

S21、所述驱动机构电机反向启动运转时，所述第一抗滑移组件的锥形部件因受到反向转动力矩作用而持续地执行周向旋转运动，以疏松海床地质层；所述第二抗滑移组件的锥形杆在第二运动机构的拖动力作用下而沿斜向通道脱离海床地质层；

S22、所述桩靴本体因受到来自于桩腿单元的拖动力作用而上升，直至脱离海面。