一种具有快速拔桩功能的海上风电平台的制作方法

本发明涉及海洋工程技术的技术领域，具体涉及一种具有快速拔桩功能的海上风电平台。

背景技术：

随着能源紧缺状况的加剧和风电场土地资源的日益紧张，海上风能发电也成为当今世界风能发电的发展新方向。海上风电机组安装相对于陆上风电机组安装有较高的技术难度，海上安装平台的制造，是实现海上风电场建设的关键技术之一。

活动式海洋平台中以自升式平台最具代表性，自升式钻井平台又称甲板升降式或桩腿式平台。这种石油钻井装置在浮在水面的平台上装载钻井机械、动力、器材、居住设备以及若干可升降的桩腿，钻井时桩腿着底，平台则沿桩腿升离海面一定高度；移位时平台降至水面，桩腿升起，平台就像驳船，可由拖轮把它拖移到新的井位。

自升式平台使用桩腿升降，而桩腿在深入海底后需要利用桩腿底部的桩靴与海底接触，由于海底沉积物有一定的厚度，并且海洋平台作业需要一定的时间，所以桩靴会陷入沉积物中，这种情况导致平台在拔桩时需要更大的力量，在拔桩时会产生较大的振动。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术中的不足之处，提供一种具有快速拔桩功能的海上风电平台。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种具有快速拔桩功能的海上风电平台，包括船体、升降机构、吊机、甲板和固桩室，所述甲板设置于所述船体的顶端，所述甲板为方形设置，所述固桩室设置于所述甲板的两侧上，所述升降机构安装于所述固桩室上，所述吊机安装于所述固桩室的顶端；

所述升降机构包括升降装置、固定环梁、桩腿和桩靴，所述桩腿套插于所述固定环梁内，所述升降装置安装于所述固定环梁上，所述固定环梁安装于所述固桩室内，所述桩靴设置于所述桩腿的下端；

所述升降装置包括升降滑座、升降导轨、升降油缸和插销机构，所述升降导轨设置于所述桩腿的外侧，所述升降导轨设有若干个销孔，所述升降油缸安装于所述固定环梁上，所述升降滑座设置于所述升降油缸的活塞杆端一端上；所述升降滑座通过插销机构活动卡接于所述升降导轨上；

还设置有喷水装置，所述喷水装置安装于所述桩靴的四周，所述喷水装置包括喷头、水源管路和气源管路，所述水源管路和气源管路均连接于所述喷头；所述喷头包括加压腔、喷管、进水管、进气管和止回阀；所述加压腔包括底盖、筒体和上盖，所述底盖和所述上盖固定于所述筒体两端，所述喷管竖向设置于所述筒体中心，所述喷管穿设并固定于所述上盖，所述喷管进水口朝向所述底盖；

所述进水管和进气管固定设置于所述筒体，所述进水管位于所述筒体下部，所述进气管位于所述筒体上端，所述进水管设有止回阀；所述进水管与水源管路连接，所述进气管与所述气源管路连接。

更进一步地，所述喷管包括第一增压段、第二增压段和第三增压段；所述第一增压段口径大于第二增压段，所述第二增压段口径大于第三增压段；还包括第一锥形管和第二锥形管，所述第一锥形管两端分别连接于所述第一增压段和第二增压段，所述第二锥形管两端分别连接于所述第二增压段和第三增压段；

还包括基础喷嘴，所述基础喷嘴设置于所述喷头，所述基础喷嘴底端孔内呈喇叭状，所述基础喷嘴口径小于所述第三增压段，所述基础喷嘴底端口径与所述第三增压段口径一致，所述基础喷嘴底端固定连接于所述第三增压段端部；

所述基础喷嘴的喷水口固定设有分散喷嘴。

更进一步地，所述止回阀包括阀座和膜片，所述膜片安装于所述阀座，所述阀座固定安装于所述进水管；

所述阀座包括圆形底框和围绕设置于所述底框边缘的侧壁，所述侧壁朝向出水端，所述底框中部为圆孔，所述圆孔上罩设有半球状框架，所述框架朝所述出水端凸出，所述膜片中心与所述半球形框架顶端固定连接。

更进一步地，所述桩靴包括底板，由底板中心向边缘依次设有定位隔板组件、导向板、斜向隔板组件、围板、单隔板和中组件；所述底板呈矩形，所述定位隔板组件呈十字形，所述定位隔板组件固定安装于所述底板中心，所述定位隔板组件的四个端面均固定设有所述导向板；

所述导向板之间固定连接有所述围板，所述围板围绕成矩形柱体，所述矩形柱体即为桩腿座，所述导向板位于所述矩形柱体的四条棱；

所述导向板均固定设有所述斜向隔板组件，所述斜向隔板组件呈直角梯形状，所述斜向隔板组件两直角边分别固定于所述导向板和所述底板；

所述单隔板固定连接于两斜向隔板组件之间，所述单隔板内面固定连接两个所述导向板的边；

四个所述斜向隔板组件将所述底板上的空间分隔为四块，而两个所述斜向隔板组件之间的空位固定安装有所述中组件，所述中组件呈等边梯形体；还包括侧面表层板和顶部表层板。

更进一步地，所述底板呈矩形，所述底板四个顶点为倒直角，所述底板呈凹面状，所述底板中心为方形，所述定位隔板组件设置于方形中，所述定位隔板组件呈“X”状设置于底板中心的方形中；

所述定位隔板由十字交叉的“U”型钢制成，所述定位隔板的开口固定于所述底板。

更进一步地，还设置有风电夹具装置，所述风电夹具装置包括移动夹具和固定横架，所述固定横架的两端分别连接于两两所述固桩室的一侧，所述移动夹具安装于所述固定横架上。

更进一步地，所述桩腿包括四个工作面和四个非工作面，两个所述工作面之间设置一个所述非工作面，所述工作面和非工作面分别两两相对；所述工作面的厚度大于所述非工作面的厚度。

更进一步地，所述固定环梁的结构为八边体固定环梁，所述固定环梁四周的端面包括四个升降固定面和四个非升降固定面，所述非升降固定面设置于两个所述升降固定面之间，所述升降固定面两两相对，所述非升降固定面两两相对。

更进一步地，还设置有锁紧机构，所述锁紧机构安装于所述固定环梁上；

所述锁紧机构包括锁销轴、锁销油缸、锁销传感器和锁销套，所述锁销油缸安装于所述锁销套的内部，所述锁销轴与所述锁销油缸的活塞连接，所述锁销传感器设置于所述锁销轴的一端上，所述锁销油缸驱动所述锁销轴进行伸缩运动。

更进一步地，所述插销机构包括插销轴、插销油缸、插销传感器和插销套，所述插销油缸安装于所述插销套的内部，所述插销轴与所述插销油缸的活塞连接，所述插销传感器设置于所述插销轴的一端上，所述插销油缸驱动所述插销轴进行伸缩运动。

本发明的有益效果：1.本发明的海上风电平台具有快速拔桩功能，从而提高平台安装运行的可靠性，提高了固桩室和桩腿的牢固性和抵抗性，有助于固桩室和桩腿抗击海底的冲击力等多变环境，安装稳定可靠，提高作业的效率和安全性，市场前景可观；2.通过在桩靴上设置喷水装置，使桩靴在拔桩时能够将覆盖在桩靴上的泥土冲散，使桩靴在拔起时不会受到海底泥土的牵扯，直接将桩靴从冲软后的泥土中抽出，不会影响海洋平台的平稳。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的一个实施例的海上风电平台的整体结构示意图；

图2是本发明的一个实施例的海上风电平台的整体结构俯视图；

图3是本发明的一个实施例的升降机构的整体结构示意图；

图4是本发明的一个实施例的喷水装置的结构示意图；

图5是本发明的一个实施例的喷水装置的结构示意图；

图6是本发明的一个实施例的桩靴的部分结构示意图；

图7是本发明的一个实施例的桩靴的部分结构分解图。

其中：船体1、升降机构2、升降装置21、升降滑座211、升降导轨212、升降油缸213、插销机构214、固定环梁22、升降固定面221、非升降固定面222、桩腿23、工作面231、非工作面232、桩靴24、底板241、定位隔板组件242、导向板243、斜向隔板组件244、围板245、单隔板246、中组件247、侧面表层板248、顶部表层板249、吊机3、甲板4、固桩室5、喷水装置6、喷头61、加压腔611、喷管612、第一增压段612A、第二增压段612B、第三增压段612C、第一锥形管612D、第二锥形管612E、基础喷嘴612F、进水管613、进气管614、止回阀615、水源管路62、底盖621、筒体622、上盖623、气源管路63、分散喷嘴64、移动夹具71、固定横架72、锁紧机构8。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

一种具有快速拔桩功能的海上风电平台，如图1-7所示，包括船体1、升降机构2、吊机3、甲板4和固桩室5，所述甲板4设置于所述船体1的顶端，所述甲板4为方形设置，所述固桩室5设置于所述甲板4的两侧上，所述升降机构2安装于所述固桩室5上，所述吊机3安装于所述固桩室5的顶端；

所述升降机构2包括升降装置21、固定环梁22、桩腿23和桩靴24，所述桩腿23套插于所述固定环梁22内，所述升降装置21安装于所述固定环梁22上，所述固定环梁22安装于所述固桩室5内，所述桩靴24设置于所述桩腿23的下端；

所述升降装置21包括升降滑座211、升降导轨212、升降油缸213和插销机构214，所述升降导轨212设置于所述桩腿23的外侧，所述升降导轨212设有若干个销孔，所述升降油缸213安装于所述固定环梁22上，所述升降滑座211设置于所述升降油缸213的活塞杆端一端上；所述升降滑座211通过插销机构214活动卡接于所述升降导轨212上；

还设置有喷水装置6，所述喷水装置6安装于所述桩靴24的四周，所述喷水装置6包括喷头61、水源管路62和气源管路63，所述水源管路62和气源管路63均连接于所述喷头61；

所述喷头61包括加压腔611、喷管612、进水管613、进气管614和止回阀615；所述加压腔611包括底盖621、筒体622和上盖623，所述底盖621和所述上盖623固定于所述筒体622两端，所述喷管612竖向设置于所述筒体622中心，所述喷管612穿设并固定于所述上盖623，所述喷管612进水口朝向所述底盖621；

所述进水管613和进气管614固定设置于所述筒体622，所述进水管613位于所述筒体622下部，所述进气管614位于所述筒体622上端，所述进水管613设有止回阀615；所述进水管613与水源管路62连接，所述进气管614与所述气源管路63连接。

本发明的海上风电平台通过在桩靴24上设置喷水装置6，使桩靴24在拔桩时能够将覆盖在桩靴24上的泥土冲散，由于桩靴24插入海底泥土层，并且泥土覆盖在桩靴24上，因为桩靴24受到了泥土层的覆盖和挤压，拔出时需要更大的力度，因此在拔桩时，海洋平台吃水会更深，海洋平台在这种情况下，拔桩的前后会产生一定程度的下沉和上浮，从而导致海洋平台表层和上层收到影响；拔桩时将覆盖在桩靴24上的泥土冲散，使桩靴24在拔起时不会受到海底泥土的牵扯，直接将桩靴24从冲软后的泥土中抽出，不会影响海洋平台的平稳；喷头61中设置了加压腔611、进水管613和进气管614，使喷头61的喷水压力和速度更大，更容易将泥土冲松软；而止回阀615的设置避免了海水回流，防止了浑浊的海水堵住喷管612，也保证了加压腔611在增压时造成加压腔611中的水和气的回流。

通过设定的升降系统控制所述升降机构2，所述桩腿23会向下延伸直到海底面，所述桩靴24与海底表面接触，使得整个船体1稳固定位于海上；当所述桩靴24稳定于海底上时，通过升降系统所述桩腿23向上延伸，把整体船体1举身起来，便于把风电设备进行安装和维护，可快速避开不良海况条件，所述升降机构2固定于所述固桩室5稳定牢靠；此平台不但可以满足实现大型重量大的风电设备运输、打桩、安装和维护作业等功能，而且还具有快速拔桩功能，受环境影响小，安全可靠，适应性强，工作效率高，市场前景可观。

更进一步地，如图4-5所示，所述喷管612包括第一增压段612A、第二增压段612B和第三增压段612C；所述第一增压段612A口径大于第二增压段612B，所述第二增压段612B口径大于第三增压段612C；还包括第一锥形管612D和第二锥形管612E，所述第一锥形管612D两端分别连接于所述第一增压段612A和第二增压段612B，所述第二锥形管612E两端分别连接于所述第二增压段612B和第三增压段612C；

还包括基础喷嘴612F，所述基础喷嘴612F设置于所述喷头61，所述基础喷嘴612F底端孔内呈喇叭状，所述基础喷嘴612F口径小于所述第三增压段612C，所述基础喷嘴612F底端口径与所述第三增压段612C口径一致，所述基础喷嘴612F底端固定连接于所述第三增压段612C端部；

所述基础喷嘴612F的喷水口固定设有分散喷嘴64。

所述喷管612设置有第一增压段612A、第二增压段612B和第三增压段612C，并且第一增压段612A、第二增压段612B和第三增压段612C由第一锥形管612D和第二锥形管612E连接，由此构成了多级口径渐变的喷管612装置，从而使喷出的水压更大，喷射的更远，从而能够保证将泥土冲击松软。所述分散喷嘴64为扁嘴喷头61，所述扁嘴喷头61包括扇形喷头61和喷头61座，所述扇形喷头61与所述喷头61座一体化设置，所述喷头61座固定安装于所述基础喷嘴612F。该方案是分散喷嘴64的另一种设置方式，该方式使用了扁嘴喷头61，扁嘴喷头61的特点是将水流呈带状喷出，这种方式冲击力大，面积大且集中，能有效的提高冲刷效率。

更进一步地，所述止回阀615包括阀座和膜片，所述膜片安装于所述阀座，所述阀座固定安装于所述进水管613；所述阀座包括圆形底框和围绕设置于所述底框边缘的侧壁，所述侧壁朝向出水端，所述底框中部为圆孔，所述圆孔上罩设有半球状框架，所述框架朝所述出水端凸出，所述膜片中心与所述半球形框架顶端固定连接。

所述止回阀615的半球形框架凹面为进水端，以此水流将设置在半球形框架的膜片轻易的通过止回阀615，并且在喷水时，水压和气压强度较高，不易产生回流，即使产生回流，半球形框架上设置的膜片会贴合于半球形框架，将止回阀615关闭，从而避免产生回流。

更进一步地，如图6-7所示，所述桩靴24包括底板241，由底板241中心向边缘依次设有定位隔板组件242、导向板243、斜向隔板组件244、围板245、单隔板246和中组件247；所述底板241呈矩形，所述定位隔板组件242呈十字形，所述定位隔板组件242固定安装于所述底板241中心，所述定位隔板组件242的四个端面均固定设有所述导向板243；

所述导向板243之间固定连接有所述围板245，所述围板245围绕成矩形柱体，所述矩形柱体即为桩腿23座，所述导向板243位于所述矩形柱体的四条棱；

所述导向板243均固定设有所述斜向隔板组件244，所述斜向隔板组件244呈直角梯形状，所述斜向隔板组件244两直角边分别固定于所述导向板243和所述底板241；

所述单隔板246固定连接于两斜向隔板组件244之间，所述单隔板246内面固定连接两个所述导向板243的边；

四个所述斜向隔板组件244将所述底板241上的空间分隔为四块，而两个所述斜向隔板组件244之间的空位固定安装有所述中组件247，所述中组件247呈等边梯形体；还包括侧面表层板248和顶部表层板249。

桩靴24内部的定位隔板组件242和斜向隔板组件244构成了桩靴24内部的整体框架，而导向板243、斜向隔板组件244和围板245构成了桩腿23座，桩腿23座用于安装桩腿23，由于斜向隔板组件244的结构在底板241上呈承载状，这种结构使底板241能够均匀的受力，并且斜向隔板组件244固定在桩腿23座，使桩靴24受到的作用力集中到结构强度更大的桩腿23上，从而保证了桩靴24具有较佳的抗压结构，耐久度更高；此外，由于桩靴24体积较大，将桩靴24分为多个模块，在生产中能够提高效率；再者，构成桩腿23座的导向板243底部与桩靴24整体的接触面积大，使桩靴24座的结构强度更高，从而在桩靴24安装桩腿23之后不易产生脱落。在桩靴24上设置喷水装置6，使桩靴24在拔桩时能够将覆盖在桩靴24上的泥土冲散。

更进一步地，所述底板241呈矩形，所述底板241四个顶点为倒直角，所述底板241呈凹面状，所述底板241中心为方形，所述定位隔板组件242设置于方形中，所述定位隔板组件242呈“X”状设置于底板241中心的方形中；

所述定位隔板由十字交叉的“U”型钢制成，所述定位隔板的开口固定于所述底板241。

底板241为凹面设置使桩腿23的底部在下桩后能够与海洋底部充分的接触，从而使海洋平台在下桩后更稳定，此外底板241设置成凹面状后具备了结构线，使底板241不会轻易的产生变形；定位隔板组件242的结构呈“U”字形，这种便于生产，并且在本身具有较佳的结构，并且能够进一步地强化底板241的中心方形平面的结构，使中心方形平面的结构更紧凑，内部支撑力更佳。

更进一步地，还设置有风电夹具装置，所述风电夹具装置包括移动夹具71和固定横架72，所述固定横架72的两端分别连接于两两所述固桩室5的一侧，所述移动夹具71安装于所述固定横架72上。

通过设置所述风电夹具装置，可通过所述移动夹具71夹取风电机组零件，有效安装风电装置，所述风电机组包括风机塔筒、风机机头和风机叶片，所述固定横架72起到安装固定所述移动夹具71的作用，移动夹具71可在所述固定横架72上进行往复运动，夹取风电机组，便于所述吊机3进行安装，稳定可靠，可把所需安装的风机组件等零件放置在所述甲板4上，操作过程简单快捷，从而提高安装风电机组的工作效率，缩短了安装时间，同时也能够将风机塔筒、风机机头及风机叶片一体化安装，从而提高安装精度，缩短海上施工时间，减少施工费用。

更进一步地，所述桩腿23包括四个工作面231和四个非工作面232，两个所述工作面231之间设置一个所述非工作面232，所述工作面231和非工作面232分别两两相对；所述工作面231的厚度大于所述非工作面232的厚度。

所述桩腿23的结构为八边形桩腿23，便于装配，提高空间利用率，从而提高平台安装运行的可靠性，所述工作面231的厚度大于所述非工作面232的厚度，提高工作面231的使用寿命，同时采用八边形的所述桩腿23，提高了所述桩腿23的牢固性和抵抗性，有助于所述桩2抗击海底的冲击力等多变环境，以及提高所述桩腿23的承载负荷能力，采用海上平台的插销式连续升降系统的所述桩腿23，其升降速度为24米/小时，升降能力为5000吨/腿，支撑力为举升能力的2倍，升降速度快，升降能力强，该设计的桩腿23适用于重载的海上平台，快速升降平台，可提高作业的效率和安全性。

更进一步地，所述固定环梁22的结构为八边体固定环梁22，所述固定环梁22四周的端面包括四个升降固定面221和四个非升降固定面222，所述非升降固定面222设置于两个所述升降固定面221之间，所述升降固定面221两两相对，所述非升降固定面222两两相对。

桩腿23的结构为八边形桩腿23，所述桩腿23安装于所述固定环梁22上，便于装配，提高空间利用率；所述固定环梁22安装于所述固桩室5，所述桩腿23在所述固定环梁22内进行升降运动，坚固可靠，八边体固定环梁22与固桩室5相应地配合安装，提高装置的安全性能，利于桩腿23进行升降运动，同时所述固定环梁22与固桩室5结合，便于桩腿23的装配，使得空间利用率更高，提高整体设备的强度和载荷量。

更进一步地，还设置有锁紧机构8，所述锁紧机构8安装于所述固定环梁22上；所述锁紧机构8包括锁销轴、锁销油缸、锁销传感器和锁销套，所述锁销油缸安装于所述锁销套的内部，所述锁销轴与所述锁销油缸的活塞连接，所述锁销传感器设置于所述锁销轴的一端上，所述锁销油缸驱动所述锁销轴进行伸缩运动。

更进一步地，所述插销机构214包括插销轴、插销油缸、插销传感器和插销套，所述插销油缸安装于所述插销套的内部，所述插销轴与所述插销油缸的活塞连接，所述插销传感器设置于所述插销轴的一端上，所述插销油缸驱动所述插销轴进行伸缩运动。

通过设置所述锁紧机构8设置于所述固定环梁22上，用于锁紧桩腿23和对桩腿23实现径向约束固紧作用；所述锁紧机构8承载能力强，可单独承载海上平台的最大载荷，保证载荷的均匀分布；通过设置锁销套，起到保护所述锁紧机构8内的组件；所述通过设置有锁销传感器和插销传感器，均用于检测与所述锁销轴和插销轴相匹配对应的销孔位置，以保证所述锁销轴和插销轴能准确插入对应的所述销孔，防止因对正不当导致所述锁销轴和插销轴无法插入对应的所述销孔，对所述锁销轴和插销轴造成损坏。

固定平台时所述锁紧机构8的锁销轴和所述插销机构214的插销轴均插入对应的所述销孔，而其他作业过程开始时，所述锁紧机构8的锁销轴插入所述销孔和收回所述插销机构214的插销轴，以便于调节所述升降油缸213伸缩；所述插销机构214和所述锁紧机构8的材料均为合金钢，强度大，低温韧性强，有效抵抗海上复杂多变的环境。

本发明在使用时，喷头61是安装在桩靴24上，通过控制水源管路62向加压腔611中注水，同时通过气源管路63向加压腔611中加压，使加压腔611中的水能够以较强的冲击力从喷管612中喷出，而水在喷管612中经过时，由于喷管612的口径逐渐减小，达到了将水进一步压缩的作用，从而使喷管612喷出的水具有更强的冲击力；在上述情况下，加压腔611中所承受的压力较大，为避免产生回流，进水管613中设有止回阀615；而喷管612的端部为基础喷嘴612F，基础喷嘴612F上安装了分散喷嘴64，所述喷头61为扁嘴喷头61，该喷头61特点是出水口条形开口，所以喷出的水流呈带状。

本发明的具有快速拔桩功能的海上风电平台具有快速拔桩功能，从而提高平台安装运行的可靠性，提高了固桩室5和桩腿23的牢固性和抵抗性，有助于固桩室5和桩腿23抗击海底的冲击力等多变环境，安装稳定可靠，提高作业的效率和安全性，市场前景可观。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。