CN117738955A - 海上风电平台顶推装置的液压控制系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了海上风电平台顶推装置的液压控制系统及其工作方法，该液压控制系统包括压力使能单元、与压力使能单元连通形成油路的多组驱动单元，每组驱动单元中，阻尼减震模块的先导溢流阀和第一单向阀并联，先导溢流阀入口和第一单向阀出口连通两个顶推油缸的无杆腔，阻尼减震模块的第二单向阀出口与两个顶推油缸有杆腔连通；蓄能器与第一单向阀入口、第二单向阀入口以及先导溢流阀出口相连通。通过调节先导溢流阀的先导压力控制阻尼溢流特性，以满足不同桩不同工况下的阻尼减震需求，蓄能器通过连通有杆腔的第二单向阀对有杆腔补油，通过连通无杆腔的第一单向阀及时补油保证顶推油缸实时跟随桩，以避免桩与顶推油缸脱离。

Description

海上风电平台顶推装置的液压控制系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及液压控制技术领域，具体而言，涉及海上风电平台顶推装置的液压控制系统及其工作方法。

背景技术

作为一种清洁能源，风力发电具有许多优点，而新兴的海上风电比陆地风电更优秀，开发海上风电具有宽广市场，在海上风电场施工作业中，桩柱的安装尤为重要。由于海上风电施工的特殊性，要求施工效率高以减少对天气窗口对施工的影响；同时，随着海上风电往更深的海域发展，桩的规格也随之增大，对抱桩器直径与推力也要求越来越大。

在现有技术中，打桩的一种作业工方式是通过带有抱桩器的桩腿式船舶，采用水平顶推油缸推动，其偏载严重，无减震阻尼技能，且打桩过程需要脱离桩，桩的最大规格与直径受限，在作业的过程中，需要调节桩方位时得停止打桩，调节结束再重新操控水平顶推油缸进行抱桩；另一种方式是通过一个带有大型抱桩器的固定平台，先将其四个桩腿打到海床里固定然后操纵该平台进行抱桩，其施工量显著增加了并且无减震阻尼技能。因此，受限于施工水域深度，目前的海上风电抱桩器在操作过程中，仍无法达到精确可靠地控制在海上风电固定平台上面从其他运输船舶过来的晃动量大的抱桩作业，以适应中大型桩与较大范围的桩直径变化，导致施工效率与安全性较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种顶推装置的液压控制系统，应用于海上风电中大型抱桩施工，以解决现有的海上风电抱桩器在操作过程中，无法达到精确可靠地控制在海上风电固定平台上面从其他运输船舶过来的晃动量大的抱桩作业，以适应中大型桩与较大范围的桩直径变化，导致施工效率与安全性较低技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一方面，本申请提供了一种海上风电平台顶推装置的液压控制系统，包括压力使能单元、与所述压力使能单元连通形成油路的多组驱动单元，每组所述驱动单元包括：顶推油缸，设置有两个，每个所述顶推油缸包括缸体和活塞杆，所述活塞杆可往复移动地设在所述缸体内以将所述缸体内分隔成无杆腔和有杆腔；阻尼减震模块，其包括先导溢流阀、第一单向阀和第二单向阀；所述先导溢流阀和所述第一单向阀并联，所述先导溢流阀的入口和所述第一单向阀的出口分别连通两个所述顶推油缸的所述无杆腔，所述第二单向阀的出口与两个所述顶推油缸的所述有杆腔连通；蓄能器，设置有一个，所述蓄能器与所述第一单向阀的入口、所述第二单向阀的入口以及所述先导溢流阀的出口相连通。

在本申请的一些实施例中，所述压力使能单元包括换向阀、与所述换向阀的两端分别连通的比例溢流阀和第四单向阀，所述换向阀和所述第四单向阀之间设置有第一阻尼孔，所述先导溢流阀的先导口设置有第三单向阀，所述第三单向阀通过所述换向阀连通所述比例溢流阀。

在本申请的一些实施例中，所述压力使能单元还包括手动球阀以及与所述手动球阀连通的先导溢流阀控制模块，所述先导溢流阀控制模组包括第二阻尼孔、逻辑功能阀和先导阀。

在本申请的一些实施例中，所述驱动单元还包括过载保护模块，所述过载保护模块包括第一双向平衡阀和第二双向平衡阀，所述第一双向平衡阀和所述第二双向平衡阀均连通两个所述顶推油缸，且所述第一双向平衡阀连通第一溢流阀，所述第二双向平衡阀连通第二溢流阀。

在本申请的一些实施例中，所述过载保护模块还包括第三溢流阀，所述第三溢流阀的入口连通两个所述顶推油缸的所述有杆腔，所述第三溢流阀的出口连通两个所述顶推油缸的所述无杆腔。

在本申请的一些实施例中，每组所述驱动单元的两个所述顶推油缸连接有一个位移传感器，每组所述驱动单元的两个所述顶推油缸的所述无杆腔连通有一个压力传感器。

在本申请的一些实施例中，所述驱动单元还包括方向速度控制模块，所述方向速度控制模块包括比例换向阀、补偿器和梭阀，所述比例换向阀和所述补偿器配合以用于通过控制比例电磁铁信号达到对所述顶推油缸的伸缩速度稳定控制而不受负载影响，所述补偿器通过梭阀获取系统高压油。

在本申请的一些实施例中，所述驱动单元的两个所述顶推油缸采用对称布局，两个所述顶推油缸和所述蓄能器采用三铰点形式布局。

在本申请的一些实施例中，所述驱动单元大于或等于6组。

另一方面，本申请还提供了一种液压控制系统的工作方法，其包括以下步骤：

S10. 提供上述海上风电平台顶推装置的液压控制系统；

S20. 启动所述压力使能单元，所述液压控制系统正常供油，当吊机将桩放进桩的顶推范围内，通过操纵比例换向阀使所述顶推油缸的所述活塞杆伸出接触桩；

S30. 启动所述阻尼减震模块，以达到将桩晃动能量快速消减效果；

S40. 桩稳定后，将所述阻尼减震模块切换为方向速度控制模块，控制桩在中心位置并通过所述阻尼减震模块进行最大负载限制；

S50. 吊机下放桩接触海床，此时所述阻尼减震模块关闭，顶推系统推力最大，根据桩的垂直度检查调整桩的中心位置；

S60. 调整完毕后，开始打桩并保持顶推系统接触桩，在打桩过程根据实时的桩的方位不断调整桩的中心位置，并根据需要缩回一组或者二组顶推油缸避让桩上面凸台，避让后在伸出来继续工作，直至桩进入海床一定深度，在打桩锤作用下稳定下沉。

由上述技术方案可知，本发明至少具有如下优点和积极效果：

本申请提供了一种海上风电平台顶推装置的液压控制系统及其工作方法，海上风电平台顶推装置的液压控制系统包括压力使能单元、与压力使能单元连通形成油路的多组驱动单元，每组驱动单元包括顶推油缸、阻尼减震模块和蓄能器。阻尼减震模块的先导溢流阀和第一单向阀并联，先导溢流阀的入口和第一单向阀的出口分别连通两个顶推油缸的无杆腔，阻尼减震模块的第二单向阀的出口与两个顶推油缸的有杆腔连通；蓄能器与第一单向阀的入口、第二单向阀的入口以及先导溢流阀的出口相连通。通过调节先导溢流阀的先导压力从而控制阻尼溢流特性，以满足不同桩不同工况下的阻尼减震需求，同时溢流的油液通过蓄能器进行低压存储以及通过连通有杆腔的第二单向阀对有杆腔补油；在顶推油缸返程过程中，蓄能器的储油通过连通无杆腔的第一单向阀及时补油保证顶推油缸实时跟随桩，以避免桩与顶推油缸脱离。如此，则该液压控制系统控制的顶推装置能适应中大型桩与较大范围的桩直径变化，适用在海上风电固定平台上面从其他运输船舶过来的晃动量大的抱桩的作业需求。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施方式的详细说明，本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1是本发明提供的液压控制系统一实施例的液压原理图全图。

图2是图1提供的液压原理图中单组驱动单元的顶推油缸、蓄能器、阻尼减震模块和过载保护模块。

图3是图1提供的液压原理图中的压力使能单元和单组驱动单元的方向速度控制模块。

图4是本发明提供的液压控制系统一实施例中一对顶推油缸与蓄能器的三铰点布局结构示意图。

附图标记说明如下：

110、换向阀；120、比例溢流阀；130、第四单向阀；140、第一阻尼孔；150、第三单向阀；160、手动球阀；170、第二阻尼孔；180、逻辑功能阀；190、先导阀；200、顶推油缸；210、缸体；220、活塞杆；230、无杆腔；240、有杆腔；300、蓄能器；410、先导溢流阀；420、第一单向阀；430、第二单向阀；510、第一双向平衡阀；520、第二双向平衡阀；530、第一溢流阀；540、第二溢流阀；550、第三溢流阀；610、比例换向阀；620、梭阀；630、补偿器；700、压力传感器；A、桩允许最大外径；B、桩允许最小外径。

具体实施方式

尽管本发明可以容易地表现为不同形式的实施例，但在附图中示出并且在本说明书中将详细说明的仅仅是其中一些具体实施例，同时可以理解的是本说明书应视为是本发明原理的示范性说明，而并非旨在将本发明限制到在此所说明的那样。

由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本发明的一个实施例的其中一个特征，而不是暗示本发明的每个实施例必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。

在附图所示的实施例中，方向的指示（诸如上、下、左、右、前和后）用于解释本发明的各种元件的结构和运动不是绝对的而是相对的。当这些元件处于附图所示的位置时，这些说明是合适的。如果这些元件的位置的说明发生改变时，则这些方向的指示也相应地改变。

请参阅图1，本申请提供了一种海上风电平台顶推装置的液压控制系统，海上风电平台顶推装置应用于海上风电中大型抱桩的施工。该液压控制系统包括压力使能单元、以及与压力使能单元连通形成油路的多组驱动单元。

请参阅图1和图2，每组所述驱动单元包括两个顶推油缸200、阻尼减震模块以及蓄能器300。

每个顶推油缸200包括缸体210和活塞杆220，活塞杆220可往复移动地设在缸体210内以将缸体210内分隔成无杆腔230和有杆腔240。请参阅图4，在本实施例中，两个所述顶推油缸200采用对称布局，两个顶推油缸200和蓄能器300采用三铰点形式布局，以提高结构紧凑程度，三铰点形式显著降低了顶推油缸200的偏载。

阻尼减震模块包括先导溢流阀410、第一单向阀420和第二单向阀430。

具体地，远程压力控制形式的先导溢流阀410和反向回油的第一单向阀420并联，先导溢流阀410的入口和第一单向阀420的出口分别连通两个顶推油缸200的无杆腔230，第二单向阀430的出口与两个顶推油缸200的有杆腔240连通；先导溢流阀410的出口、第一单向阀420的入口和第二单向阀430的入口均蓄能器300连通。

通过调节先导溢流阀410的先导压力从而控制阻尼溢流特性，以满足不同桩不同工况下的阻尼减震需求。桩通过推动顶推油缸200，顶推油缸200作用于先导溢流阀410，通过溢流即通过液压能损失方式使桩晃动的动能通过液压能损失方式消除，同时溢流的油液通过蓄能器300进行低压存储以及通过连通有杆腔240的第二单向阀430对有杆腔240补油；在顶推油缸200返程过程中，蓄能器300的储油通过连通无杆腔230的第一单向阀420及时补油保证顶推油缸200实时跟随桩，以避免桩与顶推油缸200脱离。如此，则该液压控制系统控制的顶推装置能适应中大型桩与较大范围的桩直径变化，适用在海上风电固定平台上面从其他运输船舶过来的晃动量大的抱桩的作业需求。

在本申请的一些实施例中，驱动单元还包括过载保护模块。该过载保护模块包括第一双向平衡阀510和第二双向平衡阀520，第一双向平衡阀510和第二双向平衡阀520均连通两个顶推油缸200，且第一双向平衡阀510连通有第一溢流阀530，第二双向平衡阀520连通有第二溢流阀540。通过第一双向平衡阀510和第二双向平衡阀520，以稳定顶推油缸200的运动并限制最大推力，从而稳定控制桩的动作并避免对桩产生损伤。

进一步地，所述过载保护模块还包括第三溢流阀550，第三溢流阀550的入口连通两个顶推油缸200的所有杆腔240，第三溢流阀550的出口连通两个顶推油缸200的无杆腔230，第三溢流阀550可以进一步限制顶推油缸200的有杆腔240压力不高于有杆腔240的特定压力，同时第三溢流阀550的压力设定需要高于预定值，避免与顶推油缸200形成差动回路干涉阻尼减震技能。

请参阅图1和图3，在本申请的一些实施例中，驱动单元还包括方向速度控制模块。该方向速度控制模块包括比例换向阀610、梭阀620和补偿器630，所述补偿器630通过梭阀620获取系统高压油。 采用比例换向阀610加补偿器630并通过控制比例电磁铁信号，以达到对速度稳定控制而不受负载影响，同时比例换向阀610的两个出口加装溢流阀限定出口最高压力，从而实现方向速度控制，确保顶桩动作可控且不过载。

进一步地，每组驱动单元的两个顶推油缸200连接有一个位移传感器（图中未示出），每组驱动单元的两个顶推油缸200的无杆腔230连通有一个压力传感器700，通过过载保护模块的第一双向平衡阀510和第二双向平衡阀520，以及位移传感器、无杆腔230连通打压力传感器700、有杆腔240连通的第三溢流阀550，结合方向速度控制模块，通过控制系统精确控制单个顶推油缸200的位置速度，并对多个顶推油缸200进行同步控制，从而实现桩的中心位置控制，压力传感器700对过载压力进行预先报警，第一溢流阀530和第二溢流阀540限制最大可能载荷避免损坏桩。

请再参阅图3，压力使能单元包括换向阀110、与换向阀110的两端分别连通的比例溢流阀120和第四单向阀130。换向阀110和第四单向阀130之间设置有第一阻尼孔140，先导溢流阀410的先导口设置有第三单向阀150，第三单向阀150通过换向阀110连通比例溢流阀120。通过换向阀110的开关控制阻尼减震模块的开关，并通过比例溢流阀120控制阻尼减震大小，同时通过第四单向阀130和第一阻尼孔140引入系统高压油，避免连通压力使能单元与先导溢流阀410的长管路对先导溢流阀410压力控制的滞后影响。

进一步地，所述压力使能单元还包括手动球阀160和以及与手动球阀160连通的先导溢流控制模组，先导溢流控制模组包括第二阻尼孔170、逻辑功能阀180和先导阀190。先导阀190采用失电断开模式，先导阀190控制逻辑功能阀180换向实现大流量压力使能，从而控制系统与主动力站联通或断开，并通过压力线上的压力传感器700进行确认，从而保证系统单点失效安全与维护方便，确保系统失电处于安全位置，而得电后小流量液压能量损失转化为热能以加热系统油路阀块，系统油路阀块部分油液处于合适的粘度范围从而提高阀组阀的动态运动特性。

在本实施例中，采用大于或等于6组驱动单元，在桩表面有凸台等异形场景下，需要避让时可以缩回2组顶推油缸200，或者在某组油缸失效后，其余顶推油缸200系统可以保证系统正常施工。

本申请还提供了一种液压控制系统的工作方法，其包括以下步骤：

S10. 提供上述海上风电平台顶推装置的液压控制系统；

S20. 启动压力使能单元，液压控制系统正常供油，当吊机将桩放进桩的顶推范围内，通过操纵比例换向阀610使顶推油缸200的活塞杆220伸出接触桩；

S30. 启动阻尼减震模块，以达到将桩晃动能量快速消减效；

S40. 桩稳定后，将阻尼减震模块切换为方向速度控制模块，控制桩在中心位置并通过阻尼减震模块进行最大负载限制；

S50. 吊机下放桩接触海床，此时阻尼减震模块关闭，顶推系统推力最大，根据桩的垂直度检查调整桩的中心位置；

S60. 调整完毕后，开始打桩并保持顶推系统接触桩，在打桩过程根据实时的桩的方位不断调整桩的中心位置，并根据需要缩回一组或者二组顶推油缸200避让桩上面凸台，避让后在伸出来继续工作，直至桩进入海床一定深度，在打桩锤作用下稳定下沉。

本申请提供了一种海上风电平台顶推装置的液压控制系统及其工作方法，海上风电平台顶推装置的液压控制系统包括压力使能单元、与压力使能单元连通形成油路的多组驱动单元，每组驱动单元包括顶推油缸200、阻尼减震模块和蓄能器300。阻尼减震模块的先导溢流阀410和第一单向阀420并联，先导溢流阀410的入口和第一单向阀420的出口分别连通两个顶推油缸200的无杆腔230，阻尼减震模块的第二单向阀430的出口与两个顶推油缸200的有杆腔240连通；蓄能器300与第一单向阀420的入口、第二单向阀430的入口以及先导溢流阀410的出口相连通。通过调节先导溢流阀410的先导压力从而控制阻尼溢流特性，以满足不同桩不同工况下的阻尼减震需求，同时溢流的油液通过蓄能器300进行低压存储以及通过连通有杆腔240的第二单向阀430对有杆腔240补油；在顶推油缸200返程过程中，蓄能器300的储油通过连通无杆腔230的第一单向阀420及时补油保证顶推油缸200实时跟随桩，以避免桩与顶推油缸200脱离，避免了机械掌机。同时通过先导溢流阀410的先导压力远程控制，可以设定所需的阻尼特性，用于桩施工初期以较小的载荷限制顶推系统接触桩的力，避免初期碰撞损害桩，同时可以标定桩的直径，并根据施工过程所需的最大力，进行实时调节。如此，则该液压控制系统控制的顶推装置适用在海上风电固定平台上面从其他运输船舶过来的晃动量大的抱桩的作业需求，且能适应中大型桩与较大范围的桩直径变化，如图4所示，A的距离为顶推油缸200全缩回时桩允许外径，B的距离为顶推油缸200全伸出时桩允许外径。此外，驱动单元采用多组的配对，确保桩表面的凸台等异形需要避让时可以缩回而不影响系统正常工作并在单组失效下能可正常工作提高可靠性。

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)

1.一种海上风电平台顶推装置的液压控制系统，包括压力使能单元、与所述压力使能单元连通形成油路的多组驱动单元，其特征在于，每组所述驱动单元包括：

顶推油缸，设置有两个，每个所述顶推油缸包括缸体和活塞杆，所述活塞杆可往复移动地设在所述缸体内以将所述缸体内分隔成无杆腔和有杆腔；

阻尼减震模块，其包括先导溢流阀、第一单向阀和第二单向阀；所述先导溢流阀和所述第一单向阀并联，所述先导溢流阀的入口和所述第一单向阀的出口分别连通两个所述顶推油缸的所述无杆腔，所述第二单向阀的出口与两个所述顶推油缸的所述有杆腔连通；

蓄能器，设置有一个，所述蓄能器与所述第一单向阀的入口、所述第二单向阀的入口以及所述先导溢流阀的出口相连通。

2.根据权利要求1所述的液压控制系统，其特征在于，所述压力使能单元包括换向阀、与所述换向阀的两端分别连通的比例溢流阀和第四单向阀，所述换向阀和所述第四单向阀之间设置有第一阻尼孔，所述先导溢流阀的先导口设置有第三单向阀，所述第三单向阀通过所述换向阀连通所述比例溢流阀。

3.根据权利要求2所述的液压控制系统，其特征在于，所述压力使能单元还包括手动球阀以及与所述手动球阀连通的先导溢流阀控制模块，所述先导溢流阀控制模组包括第二阻尼孔、逻辑功能阀和先导阀。

4.根据权利要求1所述的液压控制系统，其特征在于，所述驱动单元还包括过载保护模块，所述过载保护模块包括第一双向平衡阀和第二双向平衡阀，所述第一双向平衡阀和所述第二双向平衡阀均连通两个所述顶推油缸，且所述第一双向平衡阀连通第一溢流阀，所述第二双向平衡阀连通第二溢流阀。

5.根据权利要求4所述的液压控制系统，其特征在于，所述过载保护模块还包括第三溢流阀，所述第三溢流阀的入口连通两个所述顶推油缸的所述有杆腔，所述第三溢流阀的出口连通两个所述顶推油缸的所述无杆腔。

6.根据权利要求5所述的液压控制系统，其特征在于，每组所述驱动单元的两个所述顶推油缸连接有一个位移传感器，每组所述驱动单元的两个所述顶推油缸的所述无杆腔连通有一个压力传感器。

7.根据权利要求1所述的液压控制系统，其特征在于，所述驱动单元还包括方向速度控制模块，所述方向速度控制模块包括比例换向阀、补偿器和梭阀，所述比例换向阀和所述补偿器配合以用于通过控制比例电磁铁信号达到对所述顶推油缸的伸缩速度稳定控制而不受负载影响，所述补偿器通过梭阀获取系统高压油。

8.根据权利要求1所述的液压控制系统，其特征在于，所述驱动单元的两个所述顶推油缸采用对称布局，两个所述顶推油缸和所述蓄能器采用三铰点形式布局。

9.根据权利要求1所述的液压控制系统，其特征在于，所述驱动单元大于或等于6组。

10.一种液压控制系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10. 提供如权利要求1至9中任一项所述海上风电平台顶推装置的液压控制系统；

S20. 启动所述压力使能单元，所述液压控制系统正常供油，当吊机将桩放进桩的顶推范围内，通过操纵比例换向阀使所述顶推油缸的所述活塞杆伸出接触桩；

S30. 启动所述阻尼减震模块，以达到将桩晃动能量快速消减效果；

S40. 桩稳定后，将所述阻尼减震模块切换为方向速度控制模块，控制桩在中心位置并通过所述阻尼减震模块进行最大负载限制；

S50. 吊机下放桩接触海床，此时所述阻尼减震模块关闭，顶推系统推力最大，根据桩的垂直度检查调整桩的中心位置；

S60. 调整完毕后，开始打桩并保持顶推系统接触桩，在打桩过程根据实时的桩的方位不断调整桩的中心位置，并根据需要缩回一组或者二组顶推油缸避让桩上面凸台，避让后在伸出来继续工作，直至桩进入海床一定深度，在打桩锤作用下稳定下沉。