CN116657603A - 拔桩系统、自升式风电安装平台及拔桩方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种拔桩系统、自升式风电安装平台及拔桩方法。拔桩系统包括桩腿冲桩管线、多个喷嘴、连接管线、高压冲桩机构、中压冲桩机构和低压冲桩机构。桩腿冲桩管线的进口伸出桩腿外；多个喷嘴间隔设置于桩靴内；多个喷嘴均连接于桩腿冲桩管线的出口；连接管线能够弯曲；连接管线的一端与桩腿冲桩管线的进口可拆卸连接；高压冲桩机构用于向连接管线提供水；高压冲桩机构的压力为3～6Mpa；中压冲桩机构用于向连接管线提供气；中压冲桩机构的压力为1～3Mpa；低压冲桩机构用于向连接管线提供水；低压冲桩机构的压力为0～1Mpa；其中，高压冲桩机构、中压冲桩机构和低压冲桩机构并联设置，并依次与连接管线连通而提供水或气。

Description

拔桩系统、自升式风电安装平台及拔桩方法

技术领域

本发明涉及海洋平台技术领域，特别涉及一种拔桩系统、自升式风电安装平台及拔桩方法。

背景技术

化石能源的日益短缺及其所带来的环境污染困扰，使得绿色能源日益受到世界各国的重视。海上风力发电作为一种绿色清洁能源成为高能源消耗国家大规模商业化开发热点。海上风电安装船作为海上风电安装的核心设备，需求量也持续快速增长；越来越多的风电安装船投入到海上风电安装作业。由于我国沿海地质条件复杂，风电安装船在拔桩时出现的问题较多，如桩靴入泥太深、无法拔出，拔桩时间较长等。

自升式风电安装船每次更换作业地点都需要进行拔桩操作，通常，风电安装船站立作业时，桩靴会插入海底十几米甚至更深，当完成作业时，需拔起桩靴移动到下一个工作点。风电安装船会配备冲桩系统，来破坏海底土层对桩靴的吸附力，同时冲刷掉桩靴上的泥土，减小拔桩阻力，使拔桩过程顺利进行。

由于桩腿与风电安装船的船体存在相对运动，目前风电安装船的拔桩流程为：连接冲桩软管，打开冲桩系统进行冲桩，然后拆除冲桩软管，进行拔桩，如无法拔出，再次连接冲桩软管重复冲桩作业，直到拔出桩靴为止。此方式效率低下，在桩靴大入泥的情况下，严重影响风电安装船的作业效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种拔桩效率较高的拔桩系统、自升式风电安装平台及拔桩方法，以解决现有技术中的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种拔桩系统，包括：

桩腿冲桩管线，其设置于桩腿内并延伸至桩靴内；所述桩腿冲桩管线的进口伸出所述桩腿外；

多个喷嘴，间隔设置于所述桩靴内；多个所述喷嘴均连接于所述桩腿冲桩管线的出口；

连接管线，其能够弯曲；所述连接管线的一端与所述桩腿冲桩管线的进口可拆卸连接；

高压冲桩机构，其用于向所述连接管线提供水；所述高压冲桩机构的压力为3～6Mpa；

中压冲桩机构，其用于向所述连接管线提供气；所述中压冲桩机构的压力为1～3Mpa；

低压冲桩机构，其用于向所述连接管线提供水；所述低压冲桩机构的压力为0～1Mpa；

其中，所述高压冲桩机构、所述中压冲桩机构和所述低压冲桩机构并联设置，并依次与所述连接管线连通而提供水或气。

在其中一实施方式中，所述连接管线包括软管以及分列于所述软管两端的端头，所述端头为硬质钢管，所述软管能够弯曲，并且能够耐6Mpa的压力。

在其中一实施方式中，所述桩腿冲桩管线的进口设置有由壬接头，所述由壬接头通过由壬盲堵封堵，且所述由壬盲堵与所述由壬接头可拆卸连接；

所述连接管线与所述由壬接头可拆卸连接。

在其中一实施方式中，所述喷嘴包括间隔设置于所述桩靴上表面的多个上喷嘴和间隔设置于所述桩靴下表面的多个下喷嘴；

所述桩腿冲桩管线包括连接所述上喷嘴的上冲桩管线和连接所述下喷嘴的下冲桩管线；

所述连接管线的数量为两个，其中一连接管线与所述上冲桩管线连接，另一连接管线与所述下冲桩管线连接，且两所述连接管线并联设置。

在其中一实施方式中，所述高压冲桩机构和所述低压冲桩机构均与海底门连通，而泵取海水；

所述拔桩系统还包括设置于所述高压冲桩机构和所述低压冲桩机构上游的过滤器，以用于过滤海水。

在其中一实施方式中，所述高压冲桩机构包括高压泵、设置于所述高压泵上游的第一蝶阀、设置于所述高压泵下游的第一截止止回阀和第一闸阀；

所述低压冲桩机构包括低压泵、设置于所述低压泵上游的第二蝶阀、设置于所述低压泵下游的第二截止止回阀和第二闸阀。

在其中一实施方式中，所述中压冲桩机构包括中压空压机、设置于所述中压空压机下游的储气瓶、设置于所述中压空压机和所述储气瓶之间的第三闸阀以及设置于所述储气瓶下游的第三截止止回阀，所述储气瓶与所述连接管线连接。

本发明还提供一种自升式风电安装平台，包括船体、相对于所述船体可升降的桩腿、固定于所述桩腿底部的桩靴以及如上所述的拔桩系统。

本发明还提供一种自升式风电安装平台的拔桩方法，包括以下步骤：

降下所述自升式风电安装平台的船体，使所述船体降落至海水中；

通过一连接管线连接桩腿冲桩管线和船体上的输出管线，所述连接管线能够弯曲；

依据所述自升式风电安装平台的桩靴下沉至海床的深度选择高压水和中压气依次冲桩或者中压气直接冲桩，破坏所述桩靴与所述海床的土壤之间的吸附力，所述高压水的压力为3～6Mpa，所述中压气的压力1～3Mpa；

采用低压水进行冲桩，同时升起桩腿，使所述桩腿脱离海床，所述低压水的压力0～1Mpa；

停止冲桩和升降桩腿，解除所述连接管线与所述桩腿冲桩管线的连接，继续升起桩腿，直至所述桩腿收至所述船体内。

在其中一实施方式中，在所述桩靴入泥深度大于等于15米时，先用高压水进行冲桩，再用中压气进行冲桩；所述高压水冲桩时间为15分钟；

在所述桩靴入泥深度小于15米时，直接用中压气进行冲桩；所述中压气冲桩时间为15分钟。

由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：

本发明中的拔桩系统通过能够弯曲的连接管线，使得其能够满足桩腿升起时连接管线的长度变化，使得在桩腿拔桩过程中连接管线与桩腿冲桩管线保持连接，实现拔桩与冲桩同时进行，减小拔桩阻力的同时，实现桩靴的快速拔出，从而大大提高风电安装船的作业效率。

通过高压冲桩机构、中压冲桩机构和低压冲桩机构的配合，满足桩靴不同入泥深度以及复杂的海底条件的拔桩要求，实现安全高效的冲桩系统作业。

附图说明

图1是本发明中拔桩系统与桩腿和桩靴的结构示意图。

图2是本发明中连接管线和桩腿的结构示意图。

图3是本发明中桩腿冲桩管线、由壬接头和由壬盲堵的结构示意图。

附图标记说明如下：

1、桩腿；2、桩靴；

31、桩腿冲桩管线；32、喷嘴；33、高压泵；34、低压泵；351、中压空压机；352、储气瓶；36、连接管线；37、由壬接头；38、由壬盲堵；39、过滤器；

5、海底门；6、船体；61、输出管线。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

本发明提供一种自升式风电安装平台，其用于风机的安装和其他水上工程施工的起重、打桩、吊装和运输等作业。

该自升式风电安装平台包括船体6、相对于船体6可升降的桩腿1、固定于桩腿1底部的桩靴2以及拔桩系统。

其中，本实施例中，船体6的结构为全焊接钢制船型结构。船体6为带双层底的结构，连续甲板上可以用于运载或者组装风机设备，连续甲板下方的船体6结构内主要是船体6动力设备、电气设备及辅助装备和系统的存放。船体6的艏部设有生活区，供船上人员休息居住。船体6上还带有直升机甲板平台。

船体6上设置有绕桩式全回转起重机。

桩腿1通过升降机构与船体6连接，而使桩腿1能够相对于船体6升降，实现插桩和拔桩。本实施例中，桩腿1的数量为四个。其他实施例中，桩腿1的数量依据实际需要而设置。

桩靴2固定于桩腿1底部。桩腿1的数量为四个，因此，桩靴2的数量也为四个。

桩靴2上设置有多个开孔。具体地，桩靴2的上表面设有多个开孔，桩靴2的下表面设有多个开孔。

拔桩系统用于使桩靴2从海底中拔出，并使桩腿1收至船体6内。

参阅图1，拔桩系统包括桩腿冲桩管线31、多个喷嘴32、连接管线36、高压冲桩机构、中压冲桩机构和低压冲桩机构。

桩腿冲桩管线31设置于桩腿1内并延伸至桩靴2内。桩腿冲桩管线31的进口伸出桩腿1外。

本实施例中，桩腿冲桩管线31包括并联设置的两路管线，分别为上冲桩管线和下冲桩管线。

多个喷嘴32均布置于桩靴2内。多个喷嘴32均与桩腿冲桩管线31相通并能够向外喷射水或气。喷嘴32对应桩靴2上的开孔设置。

具体地，喷嘴32包括间隔设置于桩靴2上表面的多个上喷嘴32和间隔设置于桩靴2下表面的多个下喷嘴32。本实施例中，各上喷嘴32的喷射方向垂直于桩靴2的上表面，各下喷嘴32的喷射方向垂直于桩靴2的下表面。

其中，多个上喷嘴32均与上冲桩管线相连。多个下喷嘴32均与下冲桩管线相连。

高压冲桩机构用于向连接管线36提供高压水。高压冲桩机构的压力为3～6Mpa。

具体地，高压冲桩机构包括高压泵33、设置于高压泵33上游的第一蝶阀、设置于高压泵33下游的第一截止止回阀和第一闸阀。高压泵33的工作压力为3～6Mpa。高压泵33的入口通过一管路与海底门5连通，进而使高压泵33泵入海水并向连接管线36提供高压水。第一蝶阀用于控制高压泵33与海底门5之间的通断。第一截止止回阀和第一闸阀用于控制高压泵33与连接管线36之间的通断。

中压冲桩机构用于向连接管线36提供中压气。中压冲桩机构的压力为1～3Mpa。

具体地，中压冲桩机构包括中压空压机351、设置于中压空压机351下游的储气瓶352、设置于中压空压机351和储气瓶352之间的第三闸阀以及设置于储气瓶352下游的第三截止止回阀，储气瓶352与连接管线36连接，而向连接管线36提供中压气。中压空压机351的工作压力为1～3Mpa。第三闸阀用于控制中压空压机351和储气瓶352之间的通断，第三截止止回阀用于控制储气瓶352和连接管线36之间的通断。

低压冲桩机构用于向连接管线36提供低压水。低压冲桩机构的压力为0～1Mpa。

具体地，低压冲桩机构包括低压泵34、设置于低压泵34上游的第二蝶阀、设置于低压泵34下游的第二截止止回阀和第二闸阀。低压泵34的工作压力为0～1Mpa。低压泵34的入口通过一管路与海底门5连通，进而使低压泵34泵入海水并向连接管线36提供。第二蝶阀用于控制低压泵34与海底门5之间的通断。第二截止止回阀和第二闸阀用于控制低压泵34与连接管线36之间的通断。

其中，高压冲桩机构、中压冲桩机构和低压冲桩机构并联设置，并依次与连接管线36连通而提供高压水、中压气以及低压水。

高压冲桩机构、中压冲桩机构以及低压冲桩机构分别通过分支管路汇总至一输出管线61处，该输出管线61设置于船体6上。

通过高压冲桩机构、中压冲桩机构以及低压冲桩机构提供高压水、中压压缩空气和低压大排量水，实现冲桩和拔桩。高压冲桩机构、中压冲桩机构以及低压冲桩机构的配合使用，可适应中国沿海复杂的海底条件，实现安全高效的冲桩系统作业。

参阅图2，连接管线36能够弯曲。连接管线36的一端与桩腿冲桩管线31的进口可拆卸连接。连接管线36的另一端设置于船体6上，并与输出管线61连接。

具体地，连接管线36的数量为两个，其中一连接管线36与上冲桩管线连接，另一连接管线36与下冲桩管线连接，且两连接管线36并联设置。

具体地，连接管线36包括软管以及分列于软管两端的端头，端头为硬质钢管，软管能够耐6Mpa的压力。两端头分别用于与输出管线61和桩腿冲桩管线31连接。

软管能够弯曲，使得其能够满足桩腿1升起时连接管线36的长度变化，使得在桩腿1拔桩过程中连接管线36与桩腿冲桩管线31保持连接，实现拔桩与冲桩同时进行，减小拔桩阻力的同时，实现桩靴2的快速拔出，从而大大提高风电安装船的作业效率。

由于桩腿1的升降，导致连接管线36与桩腿冲桩管线31的连接口移动到高位，拔桩完成后，解除连接管线36与桩腿冲桩管线31的连接即可。因此，连接管线36的长度满足桩靴2能够降低至船体6的最远距离即可，有效控制了连接管线36的长度，保证快速拔桩功能实现的前提下，实现风电安装平台建造的经济型。

进一步地，参阅图3，桩腿冲桩管线31的进口设有由壬接头37，连接管线36与由壬接头37可拆卸连接。即，在需要进行拔桩时，将连接管线36与桩腿冲桩管线31连接。

由壬接头37通过由壬盲堵38封堵，且由壬盲堵38与由壬接头37可拆卸连接。在连接管线36未与桩腿冲桩管线31连接时，桩腿冲桩管线31的进口通过由壬盲堵38封堵。

本实施例中，由壬盲堵38与由壬接头37之间通过连接链连接，而保证由壬盲堵38未封堵进口时，依然与由壬接头37连接，避免其掉落或遗失。

拔桩系统还包括设置于高压冲桩机构和低压冲桩机构上游的过滤器39，以用于过滤海水。具体地，过滤器39设置于海底门5的下游，并靠近海底门5。

自升式风电安装平台在当前机位完成作业后，需要去下一个机位进行作业时，先进行拔桩然后再移动至下一个机位进行作业。以下具体介绍该自升式风电安装平台的拔桩方法。

该自升式风电安装平台的拔桩方法包括以下步骤：

S1、降下自升式风电安装平台的船体6，使船体6降落至海水中。

具体地，通过升降机构使船体6下降。

同时，在该步骤中使桩腿1保持一定的提升力。

S2、通过一连接管线36连接桩腿冲桩管线31和船体6上的输出管线61，连接管线36能够弯曲。

具体地，连接管线36采用本申请中的上述连接管线36。在连接时，先拔出由壬盲堵38，再将连接管线36与由壬接头37连接。

S3、依据自升式风电安装平台的桩靴2下沉至海床的深度选择高压水和中压气依次冲桩或者中压气直接冲桩，破坏桩靴2与海床的土壤之间的吸附力，高压水的压力为3～6Mpa，中压气的压力为1～3Mpa。

在桩靴2入泥深度大于等于15米时，先用高压水进行冲桩，再用中压气进行冲桩。

在桩靴2入泥深度小于15米时，直接用中压气进行冲桩。

其中，高压水冲桩时间为15分钟，中压气冲桩时间为15分钟。

高压水用于对喷嘴32进行通堵操作，中压气用于破坏桩靴2与土壤间吸附力。

具体地，高压水的冲桩采用高压冲桩机构进行，中压气的冲桩采用中压冲桩机构进行。

S3、采用低压水进行冲桩，同时升起桩腿1，使桩腿1脱离海床，低压水的压力为0～1Mpa。

具体地，低压水的冲桩采用低压冲桩机构进行。

S4、停止冲桩和升降桩腿1，解除连接管线36与桩腿冲桩管线31的连接，继续升起桩腿1，直至桩腿1收至船体6内。

其中，由于连接管线36和输出管线61布置在船体6上，因此连接管线36和输出管线61长期保持连接，无需拆卸。

连接管线36的长度为15米时，可实现连续冲桩深度为24米，满足国内所有风电海域的连续冲桩作业。

根据国内海域的地质情况，目前的海上风电场，桩靴2最大入泥深度可达到30米。其中，拔桩前20米较困难，本申请中的拔桩方法将冲桩与拔桩同时进行，能够实现桩靴2的安全快速拔出，提高风电安装船的作业效率。

同时，桩靴2脱离海床后即可拆除连接管线36，有效控制了连接管线36的长度，保证快速拔桩，同时实现风电安装船建造的经济型。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种拔桩系统，其特征在于，包括：

桩腿冲桩管线，其设置于桩腿内并延伸至桩靴内；所述桩腿冲桩管线的进口伸出所述桩腿外；

多个喷嘴，间隔设置于所述桩靴内；多个所述喷嘴均连接于所述桩腿冲桩管线的出口；

连接管线，其能够弯曲；所述连接管线的一端与所述桩腿冲桩管线的进口可拆卸连接；

高压冲桩机构，其用于向所述连接管线提供水；所述高压冲桩机构的压力为3～6Mpa；

中压冲桩机构，其用于向所述连接管线提供气；所述中压冲桩机构的压力为1～3Mpa；

低压冲桩机构，其用于向所述连接管线提供水；所述低压冲桩机构的压力为0～1Mpa；

其中，所述高压冲桩机构、所述中压冲桩机构和所述低压冲桩机构并联设置，并依次与所述连接管线连通而提供水或气。

2.根据权利要求1所述的拔桩系统，其特征在于，所述连接管线包括软管以及分列于所述软管两端的端头，所述端头为硬质钢管，所述软管能够弯曲，并且能够耐6Mpa的压力。

3.根据权利要求1所述的拔桩系统，其特征在于，所述桩腿冲桩管线的进口设置有由壬接头，所述由壬接头通过由壬盲堵封堵，且所述由壬盲堵与所述由壬接头可拆卸连接；

所述连接管线与所述由壬接头可拆卸连接。

4.根据权利要求1所述的拔桩系统，其特征在于，所述喷嘴包括间隔设置于所述桩靴上表面的多个上喷嘴和间隔设置于所述桩靴下表面的多个下喷嘴；

所述桩腿冲桩管线包括连接所述上喷嘴的上冲桩管线和连接所述下喷嘴的下冲桩管线；

所述连接管线的数量为两个，其中一连接管线与所述上冲桩管线连接，另一连接管线与所述下冲桩管线连接，且两所述连接管线并联设置。

5.根据权利要求1所述的拔桩系统，其特征在于，所述高压冲桩机构和所述低压冲桩机构均与海底门连通，而泵取海水；

所述拔桩系统还包括设置于所述高压冲桩机构和所述低压冲桩机构上游的过滤器，以用于过滤海水。

6.根据权利要求5所述的拔桩系统，其特征在于，所述高压冲桩机构包括高压泵、设置于所述高压泵上游的第一蝶阀、设置于所述高压泵下游的第一截止止回阀和第一闸阀；

所述低压冲桩机构包括低压泵、设置于所述低压泵上游的第二蝶阀、设置于所述低压泵下游的第二截止止回阀和第二闸阀。

7.根据权利要求1所述的拔桩系统，其特征在于，所述中压冲桩机构包括中压空压机、设置于所述中压空压机下游的储气瓶、设置于所述中压空压机和所述储气瓶之间的第三闸阀以及设置于所述储气瓶下游的第三截止止回阀，所述储气瓶与所述连接管线连接。

8.一种自升式风电安装平台，其特征在于，包括船体、相对于所述船体可升降的桩腿、固定于所述桩腿底部的桩靴以及如权利要求1～7任意一项所述的拔桩系统。

9.一种自升式风电安装平台的拔桩方法，其特征在于，包括以下步骤：

降下所述自升式风电安装平台的船体，使所述船体降落至海水中；

通过一连接管线连接桩腿冲桩管线和船体上的输出管线，所述连接管线能够弯曲；

依据所述自升式风电安装平台的桩靴下沉至海床的深度选择高压水和中压气依次冲桩或者中压气直接冲桩，破坏所述桩靴与所述海床的土壤之间的吸附力，所述高压水的压力为3～6Mpa，所述中压气的压力1～3Mpa；

采用低压水进行冲桩，同时升起桩腿，使所述桩腿脱离海床，所述低压水的压力0～1Mpa；

停止冲桩和升降桩腿，解除所述连接管线与所述桩腿冲桩管线的连接，继续升起桩腿，直至所述桩腿收至所述船体内。

10.根据权利要求9所述的自升式风电安装平台的拔桩方法，其特征在于，在所述桩靴入泥深度大于等于15米时，先用高压水进行冲桩，再用中压气进行冲桩；所述高压水冲桩时间为15分钟；

在所述桩靴入泥深度小于15米时，直接用中压气进行冲桩；所述中压气冲桩时间为15分钟。