海上风力发电机安装运输船桩腿出泥喷气冲刷装置及方法

摘要

本发明公开了一种海上风力发电机安装运输船桩腿出泥喷气冲刷装置，包括高压气连接管系、数层桩腿体横向喷气装置、数层桩靴横向喷气装置、桩靴底层喷气装置，高压气管系分别与各喷气装置相通，通过喷气喷出高压气。本发明的桩腿出泥喷气冲刷方法，包括以下步骤：高压气先进入桩靴底层喷气装置喷气，再经过数层桩靴横向喷气装置喷气，最后经过数层桩腿体横向喷气装置喷气，使桩腿表面泥沙完全脱离，本发明的桩腿出泥喷气冲刷装置结构较为简单，重量较轻，使用方便。本发明的喷气冲刷方法采用高压气作为清除淤泥的介质，从桩腿底部的桩靴开始，自下而上依次清除桩腿各部外侧的淤泥，可安全、高效地拔出桩腿。

说明书

技术领域

本发明涉及一种海上风力发电机安装运输船，特别涉及一种用于冲刷海上风力发电机安装运输船桩腿与海底淤泥的粘结层，便于将其提升出海底的装置及方法，属于特种船舶技术领域。

背景技术

近年来，风能作为最有商业潜力，最具活力的可再生能源，正在众多国家得到开发利用。我国风能储量巨大，可开发风能储量在10亿千瓦以上。其中，海上可开发和利用的风能储量约7.5亿KW，开发海上风电将成为沿海地区风力发电的趋势。海上风电机组的结构形式类似简易海上平台，一般建在近海滩涂上，其主要组成部分包括：叶片、轮毂、机舱、塔架和基础。海上风力发电机安装运输船是涵盖了海上风力发电机的运输、作业平台的升降和起重等多种作业功能的新型船舶，主要用于海上风力发电机的运输与吊装。海上风力发电机安装运输船上带有数条可垂直升降的桩腿，所述桩腿由上部垂直延伸的桩腿体和底部横向延伸的桩靴组合而成的空腹钢结构件，平时桩腿上升收纳到海上风力发电机安装运输船内，装载了海上风力发电设备的安装运输船航行至作业海域，并完成海上风力发电机的精确定位后。船上专设的桩腿控制装置将数条桩腿垂直压入海底，使其底部的桩靴和部分桩腿体沉入海底淤泥内，从而把船体升离海面成为工作平台，可用甲板上的吊车进行安装。海上风力发电机安装运输船需要转场时，必须先将桩腿快速、安全地从海底淤泥中拔出并收纳到船体中，安装运输船才能驶离现场。由于桩腿的陷在海底淤泥里，要通过桩腿冲刷设置冲刷桩腿周围的泥沙，使泥沙完全松动，才能从海底淤泥里拔出桩腿。现有的桩腿冲刷设置为喷水冲刷装置，该装置有两种型式：一、通过设置水舱提供喷水冲刷水源，但该型式存在船舶排水量增加，导致增大船舶主机功率，增加了运行成本的缺陷。二、设置喷水进水口从桩腿外提供喷水冲刷水源，但由于桩腿入泥深度变化较大，进水口位置难以确定。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、绿色环保、操作方便的海上风力发电机安装运输船的桩腿出泥喷气冲刷装置，还提供该装置的喷气冲刷方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种海上风力发电机安装运输船桩腿出泥喷气冲刷装置，包括设置在桩腿体内部的高压气泵、储气罐、高压气连接管系、数层桩腿体横向喷气装置、数层桩靴横向喷气装置、桩靴底层喷气装置，所述高压气连接管系包括高压气主管、数根竖向高压气支管、数个电磁截止阀，所述高压气泵和储气罐设置在桩腿体上端内，高压气泵的输出端通过储气罐与高压气主管相通，所述高压气主管分别通过数个电磁截止阀与数根竖向高压气支管上端相通，所述数根竖向高压气支管分别依次穿过桩腿体、桩靴，数根竖向高压气支管下端分别与数层桩腿横向喷气装置、数层桩靴横向喷气装置、桩靴底层喷气装置相通；所述桩腿体横向喷气装置沿桩腿体轴向间隔分别设置桩腿体内，每一层桩腿体横向喷气装置包括数根横向连接管、数个喷气头；所述数根横向连接管以桩腿体轴线为中心成放射状设置，横向连接管一端与第一竖向高压气支管相通，横向连接管另一端与桩腿体壁孔相通，喷气头从桩腿体外侧穿过桩腿体壁孔，与横向连接管另一端固定连接。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。

前述的海上风力发电机安装运输船桩腿出泥喷气冲刷装置，其中所述桩靴横向喷气装置包括桩靴供气管、环形管、数根喷气头径向连接管、数个喷气头，第二竖向高压气支管通过桩靴供气管与环形管相通，所述数根喷气头径向连接管以桩靴轴线为中心成放射状设置，每根喷气头径向连接管一端与相应的环形管相通，喷气头径向连接管另一端与桩腿壁孔相通，喷气头从桩靴外侧穿过桩靴壁孔，与喷气头径向连接管另一端固定连接。

前述的海上风力发电机安装运输船桩腿出泥喷气冲刷装置，其中所述桩靴底层喷气装置包括桩靴底部供气管、下环形管、数根喷气头轴向连接管、数个喷气头，第三竖向高压气支管通过桩靴底部供气管与下环形管相通，数根喷气头轴向连接管沿下环形管圆周设置，喷气头轴向连接管上端与下环形管下侧相通，喷气头轴向连接管下端与桩靴底壁孔相通，喷气头从桩靴底部外穿过桩靴底壁孔，与喷气头轴向连接管下端固定连接。

前述的海上风力发电机安装运输船桩腿出泥喷气冲刷装置，其中所述喷气头包括盖帽、喷气头连接管，所述喷气头连接管一端开有数个轴向通气槽后与盖帽固定连接，喷气头连接管另一端与喷气头径向连接管或喷气头轴向连接管固定连接。所述盖帽底部与桩腿外壁之间的间隙为小于1mm。

一种海上风力发电机安装运输船桩腿出泥喷气冲刷方法，包括以下步骤：

（1）首先启动设置在桩腿内的高压气泵，高压气泵向储气罐输送高压气，待储气罐的气压达到要求后打开与第三竖向高压气支管相通的第三电磁截止阀，高压气先进入桩靴底层喷气装置，高压气先后经过桩靴底部供气管、下环形管、数根喷气头轴向连接管，从桩靴底部多个喷气头同时向四周喷出，将使淤泥与桩靴底部剥离，减小桩靴底部淤泥的负压，同时高压气从桩靴底部沿桩靴四周侧壁上升，使桩靴周围泥沙松动。

（2）接着打开与第二竖向高压气支管相通的第二电磁截止阀，高压气通过第二竖向高压气支管分别向数层桩靴横向喷气装置供气，高压气先后经过各层的桩靴供气管、环形管、数根喷气头径向连接管、从桩靴侧壁的多个喷气头同时向四周喷出，将使桩靴表面和周围泥沙完全松动，海水进入与气体、泥沙混合，成为稀泥浆。

（3）最后打开与第一竖向高压气支管相通的第一电磁截止阀，高压气通过第一竖向高压气支管向数层桩腿横向喷气装置供气，高压气分别后经过各层数根横向连接管，从桩腿侧壁的多个喷气头同时向四周喷出，使桩腿表面泥沙完全脱离，从而可安全、高效地拔出桩腿。

本发明具有以下有益效果：

本发明的桩腿出泥喷气冲刷装置结构较为简单，重量较轻，使用方便。利用喷气头的盖帽底部与桩腿各部外侧之间的微小间隙向四周喷出，喷气面积大，可以有效地防止泥沙进入喷气头，清除淤泥效果好。本发明的喷气冲刷方法采用高压气作为清除淤泥的介质，从桩腿底部的桩靴开始，自下而上依次清除桩腿各部外侧的淤泥，有利于从海底淤泥里拔出桩腿。高压气通过桩腿上喷出后，高压气一方面使淤泥与桩腿剥离，减小负压；另一方面，由于泥沙回淤并不密实，外部海水会迅速与气体混合，稀释泥沙，减小桩腿出泥时的阻力。即可安全、高效的拔出桩腿。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的A-A放大剖面图；

图3为图1的B-B放大剖面图；

图4为图1的C-C放大剖视图； 

图5为图1的Ⅰ部放大图；

图6为本发明的喷气清淤的工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，桩腿1由上部垂直延伸的桩腿体11和底部横向延伸的桩靴12组合拼焊成为倒T字形的空腹钢结构结构件。本发明的包括设置在桩腿体11内的高压气泵3、储气罐4、高压气连接管系5、数层桩腿体横向喷气装置6、数层桩靴横向喷气装置7、桩靴底层喷气装置8，高压气连接管系5包括高压气主管51、数根竖向高压气支管、数个电磁截止阀。高压气泵3和储气罐4设置在桩腿体11上端内，储气罐4用于储存高压气泵3输出的高压气，使高压气连接管系5内保持足够的气压，防止出现脉冲现象。高压气泵3的输出端通过储气罐4与高压气主管51相通，高压气主管51分别通过第一电磁截止阀531与第一竖向高压气支管521上端相通；通过第二电磁截止阀532与第二竖向高压气支管522上端相通；通过第三电磁截止阀533与第三竖向高压气支管523上端相通。数根竖向高压气支管分别依次穿越桩腿体11、桩靴12，数根竖向高压气支管下端分别与数层桩腿横向喷气装置6、数层桩靴横向喷气装置7、桩靴底层喷气装置8相通。

如图1和图2所示，本实施例的桩腿体横向喷气装置6沿桩腿体11轴向间隔2米设置一层，每一层桩腿体横向喷气装置6包括数根横向连接管61、数个喷气头9；本实施例的4根横向连接管61以桩腿体11轴线为中心成放射状设置，每两根横向连接管61之间夹角α为90°,横向连接管61一端与第一竖向高压气支管521连接，另一端与桩腿体壁孔相通。喷气头9从桩腿体11外侧穿过桩腿体壁孔，与横向连接管61另一端固定连接。

如图1和图3所示，桩靴横向喷气装置7包括桩靴供气管71、环形管72、8根喷气头径向连接管73、数个喷气头9，本实施例共设有三层桩靴横向喷气装置7，其中中间层的环形管72直径最大。第二竖向高压气支管522通过桩靴供气管71与环形管72相通，本实施例的8根喷气头径向连接管73以桩靴12轴线为中心成放射状设置，每两根喷气头径向连接管73之间夹角β为45°。每根喷气头径向连接管73一端与相应的环形管相通，喷气头径向连接管73另一端与桩靴壁孔相通，8个喷气头8从桩靴外侧穿过桩靴壁孔，与喷气头径向连接管73另一端固定连接。

如图4所示，喷气头9包括盖帽91、喷气头连接管92，本实施例的喷气头连接管92一端开有4个轴向通气槽921，开轴向通气槽921的一端与盖帽91焊接成一体，轴向通气槽921用于喷气，喷气头连接管92另一端从桩腿体11外侧穿过桩腿体壁孔111伸入喷气头连接管92内，与喷气头连接管92通过管螺纹连接。

盖帽91底部与桩腿体外壁或桩靴外壁或桩靴底部之间的间隙D小于 1mm。微小的间隙D既能使高压气顺其向桩腿1的四周表面喷气清淤，剥离桩腿1四周的淤泥，又能防止泥沙侵入管道内。

如图5所示，桩靴底层喷气装置8包括桩靴底部供气管81、下环形管82、数根喷气头轴向连接管83、数个喷气头9，第三竖向高压气支管523通过桩靴底部供气管81与下环形管82相通， 数根喷气头轴向连接管83沿下环形管圆周设置，喷气头轴向连接管83上端与下环形管82下侧相通，喷气头轴向连接管83下端与桩靴底壁孔相通，喷气头9从桩靴底部穿过桩靴底壁孔，伸入喷气头轴向连接管83下端内，两者通过螺纹固定连接。

如图7所示，本发明的海上风力发电机安装运输船桩腿出泥喷气冲刷方法，包括以下步骤：

（1）首先启动设置在桩腿内的高压气泵3，高压气泵3向储气罐4输送高压气，待储气罐4的气压达到要求后打开与第三竖向高压气支管523相通的第三电磁截止阀533，高压气先进入桩靴底层喷气装置8，高压气先后经过桩靴底部供气管81、下环形管82、数根喷气头轴向连接管83，从桩靴12底部多个喷气头9如垂直大箭头所指方向从桩靴12底部同时向四周喷出，将使淤泥20与桩靴12底部剥离，减小桩靴12底部淤泥的负压，同时高压气从桩靴12底部沿桩靴四周侧壁上升，使桩靴周围泥沙松动。

（2）接着打开与第二竖向高压气支管522相通的第二电磁截止阀532，高压气通过第二竖向高压气支管向数层桩靴横向喷气装置7供气，高压气先后经过各层的桩靴供气管71、环形管72、数根喷气头径向连接管73、如大箭头所指方向从桩靴12侧壁的多个喷气头9同时向四周喷出，将使桩靴12表面和周围泥沙完全松动，海水进入与气体、泥沙混合成为稀泥浆，在高压气的推动下稀泥浆如小箭头所指方向上升。

（3）最后打开与第一竖向高压气支管521相通的第一电磁截止阀531，高压气通过第一竖向高压气支管521向数层桩腿横向喷气装置6供气，高压气先后经过各层数根横向连接管61、从桩腿侧壁的多个喷气头9同时向四周喷出，使桩腿体11表面泥沙完全脱离，从而可安全、高效地拔出桩腿1。

由于海上风力发电机安装运输船桩腿每次伸入海底淤泥时间大约在1-5天，泥沙回淤量小，淤泥并没能与桩腿黏合紧密。当高压气通过本发明的桩腿出泥喷气冲刷装置喷出后，一方面气体会使淤泥与桩腿剥离，减小负压；另一方面，由于泥沙回淤并不密实，外部海水会迅速与气体混合，稀释泥沙，减小桩腿出泥时的阻力。这样即可安全、高效的拔出桩腿。当桩腿完全拔出后，关闭高压高压气泵3和所有电磁截止阀，完成整个操作。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。