一種小型海洋平臺自升式樁腿的制作方法
1.技術(shù)領(lǐng)域：
本專利從技術(shù)角度，涉及對船舶及海洋工程技術(shù)的綜合應(yīng)用，屬于船舶及海洋工程裝備類技術(shù)領(lǐng)域。
2.
背景技術(shù)：
目前海洋自升式平臺(指海上石油鉆井及采油平臺)，一般使用“自升式樁腿”作為支撐物將該平臺固定于海底特定位置。樁腿的升降主要采用齒輪一齒條裝置。從原理上，這是一種普通的機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)。但實(shí)際上，由于樁腿在海水中的長度很長(達(dá)幾十米甚至幾百米)，且平臺的重量很大(有的上萬噸)，而且要求定位準(zhǔn)確、牢固穩(wěn)定，而且要能經(jīng)受海洋巨大風(fēng)浪的襲擊，這種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不僅體型龐大，動(dòng)力強(qiáng)大、加工精密，而且成本高昂。我國的許多自升式平臺的升降模塊，大都從國外進(jìn)口。
有些近海工程，例如，淺海風(fēng)電機(jī)的樁基工程、風(fēng)電機(jī)的安裝工程、海岸工程建筑物的水下打樁等工程的發(fā)展，導(dǎo)致小型平臺船應(yīng)運(yùn)而生。例如淺海鉆探、地質(zhì)采樣、以及海上樁基的抗壓負(fù)荷試驗(yàn)及抗拉拔樁試驗(yàn)等，海上平臺船所在的海域水深并不大(例如小于100m)，平臺船的自升重量也不太大(例如小于5000噸)，此時(shí)，平臺船自升式樁腿的升降機(jī)構(gòu)即沒有必要再采用昂貴的齒輪一齒條機(jī)構(gòu)。
3.本專利的內(nèi)容：
3.1概述
本專利的目的是：實(shí)現(xiàn)樁腿的升降不再采用機(jī)械式齒輪一齒條或蝸輪蝸桿的技術(shù)，而是采用筒形樁腿內(nèi)部的靜水壓力或浮力，再加上卷揚(yáng)機(jī)的拉力使其升降的原理，這雖然也是常規(guī)的機(jī)械技術(shù)，但更簡單、更可靠、且成本很低，用于小型海洋平臺裝置非常適合。
3.2一種小型海洋平臺自升式樁腿專利的構(gòu)成
本專利所述的一種小型海洋平臺自升式樁腿，是由4部分構(gòu)成：其一是套在船舶柱形管內(nèi)的鋼質(zhì)筒形樁腿；其二是設(shè)置在筒形樁腿內(nèi)的潛水泵―閥箱系統(tǒng)，它是由潛水泵和與閥箱系統(tǒng)組成；其三是與筒形樁腿相連接的卷揚(yáng)機(jī)升降系統(tǒng)及傳動(dòng)系統(tǒng)；其四是樁腿的液壓鎖緊系統(tǒng)，可以將筒體與套筒鎖緊在一定的位置。
所謂筒形樁腿，是一根大型水密鋼管，是承受船舶重量的支撐構(gòu)件。設(shè)置在平臺的樁腿套筒之內(nèi)。其上部，通過定滑輪、動(dòng)滑輪組和鋼纜與設(shè)置在平臺上的二組液壓卷揚(yáng)機(jī)相連接，可以使樁腿在套筒內(nèi)自由上下滑動(dòng)；既可以一直下沉到海底，也可以被收到平臺內(nèi)，也可以停留在中間位置；
所謂潛水泵―閥箱系統(tǒng)，設(shè)在樁腿內(nèi)的底部，通過閥箱中的閥門調(diào)節(jié)，當(dāng)需要將樁腿下降到海底時(shí)，可泵入海水，產(chǎn)生重力，加上筒體和樁靴及壓載物的重量，再加上一組液壓卷揚(yáng)機(jī)的拉力，可以將整個(gè)樁腿降到海底；同樣，調(diào)整相應(yīng)的遙控閥件，也可以將筒體內(nèi)的海水排出筒體外，利用筒體產(chǎn)生的浮力及另一組卷揚(yáng)機(jī)的牽引力使樁腿上升，將其收入平臺內(nèi)。閥箱內(nèi)設(shè)遙控閥，可以根據(jù)自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求，控制閥件的啟閉。
所謂卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)，是由固定在平臺甲板上的支架、液壓卷揚(yáng)機(jī)、滑輪組及連接鋼纜組成。卷揚(yáng)機(jī)座在支架的底部，與平臺甲板連接在一起。液壓卷揚(yáng)機(jī)和牽引鋼纜分為二組，一組卷揚(yáng)機(jī)牽引鋼纜的上端經(jīng)過定滑輪與樁腿上端連接，產(chǎn)生將樁腿向上的拉力；另一組卷揚(yáng)機(jī)牽引鋼纜的上端直接與樁腿上端連接產(chǎn)生將樁腿向下的拉力，。
所謂樁腿鎖緊裝置，是在樁腿套筒(套筒與平臺固定)內(nèi)設(shè)置的若干組液壓油缸控制的伸縮銷。當(dāng)高壓油進(jìn)入油缸內(nèi)時(shí)，活塞銷即可插入到樁腿筒體預(yù)設(shè)的孔槽內(nèi)，將樁腿筒體與套筒鎖緊，樁腿將被穩(wěn)定在平臺的一定位置。
3.3一種小型平臺船自升式樁腿的升降過程
本小型平臺船自升式樁腿的升降是利用水壓力+卷揚(yáng)機(jī)拉力來實(shí)現(xiàn)的。其升降原理與過程如下(參見附圖1)：
3.3.1樁腿的下降
當(dāng)升降樁腿需要下降時(shí)，打開遙控海底閥⑦，將海水放入升降腿⑤的內(nèi)部，釋放液壓鎖緊止動(dòng)銷⑧，當(dāng)升降樁腿內(nèi)的海水到達(dá)船舶吃水線時(shí)，松開升降卷揚(yáng)機(jī)③的剎車裝置，并開啟升降卷揚(yáng)機(jī)⑩，升降樁腿將在套筒(包括壓載物)重力及卷揚(yáng)機(jī)⑩向下拉力的聯(lián)合作用下、開始下降，再開啟潛水泵壓載泵⑥，海水將通過遙控海底閥⑦繼續(xù)被吸入，可使升降樁腿一直下降到海底。此時(shí)可關(guān)閉遙控閥⑦(因樁靴處的開口有可能被海底遮蔽)，再開啟遙控閥⑨，將海水繼續(xù)吸入到升降樁腿內(nèi)部，直至灌滿升降樁腿；再關(guān)閉遙控海底閥⑨，鎖緊液壓止動(dòng)銷⑧，關(guān)斷卷揚(yáng)機(jī)③與⑩的開關(guān)并鎖緊剎車裝置，即完成樁腿下降至海底的程序。如果需要將船舶抬起，可釋放液壓鎖緊止動(dòng)銷⑧，且松開升降卷揚(yáng)機(jī)的剎車裝置，開啟卷揚(yáng)機(jī)⑩，可將整個(gè)船舶吊起到吃水線以上需要的位置。
3.3.2樁腿的上升
當(dāng)樁腿需要上升復(fù)位時(shí)，可首先釋放液壓止動(dòng)銷⑧，釋放升降卷揚(yáng)機(jī)③、⑩的剎車，將船體緩緩放下，直至到正常浮態(tài)。然后開啟海底遙控閥⑨，讓樁腿內(nèi)的海水自動(dòng)流出。當(dāng)樁腿內(nèi)的水面與外海齊平之時(shí)，應(yīng)開啟潛水壓載泵⑥，將樁腿內(nèi)的海水全部排空，依靠水對樁腿的浮力，并開啟升降卷揚(yáng)機(jī)③，將樁腿吊起，再鎖緊液壓止動(dòng)銷⑧，即可恢復(fù)至正常的原始狀態(tài)。
3.3.3樁靴被“吸住”或陷入淤泥之中時(shí)的自救措施。
如果海底有較厚的淤泥，使平臺船陷入其中一定的深度，但不至于“完全沉沒”，尚可通過自身的能力進(jìn)行自救，這一階段是該平臺船的工作能力的限度。平臺船排水量的大小、樁腿直徑、長度、樁靴大小的選擇等，均要考慮此因素。
本專利所設(shè)想的“自救”方式是在樁靴底部及四周裝置旋轉(zhuǎn)切削刀片和“脈沖高壓水”噴頭，在樁靴底部及四周的旋轉(zhuǎn)切削刀片，可將粘附的淤泥切碎，同時(shí)噴出脈沖高壓水，將吸附住樁腿與樁靴的淤泥沖開，然后將樁腿收回。
4.附圖說明：
圖1是：一種小型海洋平臺自升式樁腿
圖1的圖例是：
①——升降樁腿吊升滑輪
②——升降樁支架
③——升降卷揚(yáng)機(jī)(產(chǎn)生將樁腿上拉的力)
④——升降樁腿套筒
⑤——升降樁腿
⑥——潛水壓載泵
⑦——海底遙控閥
⑧——液壓鎖緊止動(dòng)銷
⑨——海底遙控閥
⑩——升降卷揚(yáng)機(jī)
(產(chǎn)生將樁腿下拉的力,機(jī)座在與圖面的垂直方向，圖上未表示)
圖2是：一種小型自升式平臺船的設(shè)計(jì)方案
該船用于淺海的地質(zhì)勘探、海岸建筑、風(fēng)電機(jī)等樁基工程的抗拉與抗壓試驗(yàn)、風(fēng)電機(jī)安裝等。適用水深50m以下。采用4個(gè)自升式樁腿(本發(fā)明方案)。
圖2的圖例是：
①——平臺船船體
②——尾部360°全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器
③——后樁腿
④——試驗(yàn)裝置的縱向軌道
⑤——抗壓(或抗拔)靜載荷試驗(yàn)裝置
⑥——鉆探機(jī)
⑦——前樁腿
圖3是：一種小型自升式平臺船的抗壓靜載荷試驗(yàn)裝置
(本圖是圖2的a-a-a1-a1剖面示意圖)在進(jìn)行抗壓靜載荷試驗(yàn)時(shí)，需要將船體升高至水面以上，再吸入大量的壓載水，才能對試驗(yàn)樁施加足夠大的壓力。用本發(fā)明的方案是比較經(jīng)濟(jì)適用的。
圖3的圖例是：
①——平臺船船體
③——后樁腿
④——試驗(yàn)裝置縱向軌道
⑧——試驗(yàn)裝置可升降立柱
⑨——試驗(yàn)裝置主梁
⑩——傳感器
圖4是：一種小型自升式平臺船的抗拔靜載荷試驗(yàn)裝置
(本圖是圖2的a-a-a1-a1剖面示意圖)抗拔靜載荷試驗(yàn)對試驗(yàn)樁而言要施加與抗壓試驗(yàn)相反的力，不需要將船體升高至水面以上，用本專利的方案更為簡單。
圖4的圖例是：
(其它同圖3)
5.具體實(shí)施方式
下面根據(jù)船舶設(shè)計(jì)原理，給出一個(gè)使用4個(gè)樁腿的小型自升式平臺船的設(shè)計(jì)實(shí)例，說明本專利的具體實(shí)施方式：
5.1設(shè)計(jì)說明
5.1.1船型、航區(qū)及用途
船型；本船為適應(yīng)工程施工的需要，尾部為雙尾，雙尾之間有一塊較大的開口水域。全船設(shè)4個(gè)圓柱形的自升式樁腿，首部為圓形。
航區(qū)：本船作為工程船，適用于中國沿海水深50m以下的海域；作為航行船舶，可航行(包括作業(yè))于中國沿海3類海區(qū)。
用途：本船主要用于對海岸工程及海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的塔架樁基等水工結(jié)構(gòu)物進(jìn)行抗壓、抗拔試驗(yàn)，進(jìn)行海上地質(zhì)鉆探。在配置吊機(jī)之后，還可以進(jìn)行海上風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的安裝及維護(hù)。
5.1.2船舶的主要參數(shù)：
5.1.3樁腿(自升式)
本船共設(shè)計(jì)4個(gè)自升式樁腿，其參數(shù)如下：
5.1.4動(dòng)力及定位系統(tǒng)
全電力推進(jìn)。設(shè)主電站、應(yīng)急電站、尾360°全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器、首側(cè)推器。定位系統(tǒng)為dp-2。
5.2抗壓試驗(yàn)
5.2.1抗壓試驗(yàn)程序：
按前述“樁腿的下降”程序，將4只樁腿均注滿海水，使樁腿壓向海底；先排干船舶內(nèi)的壓載水(以減輕船舶重量)；開啟將船舶升起的卷揚(yáng)機(jī)，可將船舶升起并脫離水面，鎖緊船舶后，再將壓載水注入，使樁腿對海底壓力增大。
在調(diào)整好船舶位置(使抗壓試驗(yàn)的主梁呈水平狀態(tài))以后，即可進(jìn)行抗壓靜載荷的試驗(yàn)，設(shè)計(jì)壓力設(shè)定為3000t。
5.2.2抗壓試驗(yàn)的主要參數(shù)：
船舶理論最大排水量(假定上甲板被淹沒，不含樁腿)
δmax＝5136t
船舶理論最大重量(含樁腿內(nèi)裝滿海水)
wmax＝8475t
理論最大壓力(假定水深50m,扣除樁腿浮力)
wpmax＝6388t；
5.3抗拔試驗(yàn):
5.3.1抗拔試驗(yàn)程序
按前述“樁腿的下降”程序，將4只樁腿均注滿海水，使樁腿壓向海底。抗拔試驗(yàn)時(shí)，不必將平臺船抬出水面(除非是為了減小波浪的干擾)，可以在平臺船在設(shè)計(jì)排水量狀態(tài)下進(jìn)行。
5.3.2抗拔試驗(yàn)的主要參數(shù)：
理論最小拔力(假定水深50m)，應(yīng)為設(shè)定的測試最大拔力加上扣除樁腿浮力后的樁腿重量：
設(shè)定的測試最大拔力為：
pup0＝3000t
理論最小拔力為
pupmin＝3000+1252＝4252t。
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