绞吸式挖泥船的自浮式管线连接结构的制作方法

本实用新型涉及疏浚工程技术领域，特别是涉及一种绞吸式挖泥船的自浮式管线连接结构。

背景技术：

管线架设及维护为绞吸船工前准备及施工中的重要辅助部分，管线运行质量的好坏直接影响船舶的生产效率。随着施工环境不断多元化，施工干扰增多，离岸施工距离不断增大，自然条件及施工环境对管线架设造成的影响也随之增大。

绞吸船管线一般由船体管线、水下管、水上管和陆地管组成，其中水下管线的主要作用：在水上输泥距离较远时可以节约成本，减少风浪影响，减少和消除施工对过往船舶航行的干扰。

水上水下管线连接处(以下简称连接处)上接水上管，下接水下管，为管线整体线路中重要一环，因部位特殊，连接处容易受损。绞吸船施工过程中，受潮汐、风浪影响，水上管起伏较大，如果连接处连接形式或连接材料选取不当，常会造成连接处端部胶管受力过大过早磨损报废、螺栓松动漏水、胶垫损坏、水上浮筒翻沉等情况，对船舶施工造成影响。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低、连接稳定且使用寿命长的绞吸式挖泥船的自浮式管线连接结构。

本实用新型绞吸式挖泥船的自浮式管线连接结构，包括包括水上管、水下管以及连接所述水上管和所述水下管的爬坡管，所述水下管靠近所述爬坡管的一端连接有水下胶管，所述爬坡管包括排泥钢管和自浮管，所述排泥钢管与所述水下胶管法兰连接，所述排泥钢管与所述自浮管的一端法兰连接，所述水上管包括水上排泥钢管和水上胶管，所述自浮管的另一端与所述水上排泥钢管连接，相邻的两个所述水上排泥钢管之间连接有所述水上胶管，所述水上排泥钢管上连接有浮筒，所述水上排泥钢管上还连接有呼吸阀。

本实用新型绞吸式挖泥船的自浮式管线连接结构，其中所述自浮管包括连接法兰和筒体，所述连接法兰的法兰盘靠近所述筒体的一侧设有加强筋，所述加强筋均匀分布在所述连接法兰上，所述加强筋上开设有减重孔。

本实用新型绞吸式挖泥船的自浮式管线连接结构，其中所述自浮管的所述筒体与所述连接法兰一体成型，所述自浮管的所述筒体包括内胶层、帘布层和外覆盖层，所述内胶层固定连接在所述连接法兰的内侧，所述内胶层围覆形成排泥通道，所述外覆盖层固定连接在所述连接法兰的外侧，所述帘布层夹持在所述内胶层和所述外覆盖层之间。

本实用新型绞吸式挖泥船的自浮式管线连接结构，其中所述帘布层包括主强力层、帘布增强层、橡胶增强层、强力层、浮体层，所述主强力层与所述连接法兰和所述内胶层一体成型，所述帘布增强层贴合所述主强力层铺设，所述橡胶增强层贴合所述帘布增强层铺设且远离所述排泥通道，所述橡胶增强层铺设在所述帘布增强层的外侧，所述强力层铺设在所述橡胶增强层的外侧，所述浮体层铺设在所述强力层的外侧，所述浮体层的外侧为所述外覆盖层。

本实用新型绞吸式挖泥船的自浮式管线连接结构，其中所述外覆盖层沿所述连接法兰的壁面外侧倾斜形成引导面，所述引导面沿所述连接法兰的法兰盘向所述筒体长度的中心方向倾斜。

本实用新型绞吸式挖泥船的自浮式管线连接结构，其中所述橡胶增强层靠近所述连接法兰的一端设有捆扎钢丝，所述捆扎钢丝缠绕有若干圈，所述捆扎钢丝固定成型在所述橡胶增强层内。

本实用新型绞吸式挖泥船的自浮式管线连接结构，其中所述帘布增强层设有帘线和橡胶，所述帘线依次贴合排布且交错成型在所述橡胶内。

本实用新型绞吸式挖泥船的自浮式管线连接结构，其中所述浮体层内填充EVA泡沫材料，所述浮体层与所述外覆盖层之间设有防水层，所述防水层围覆在所述浮体层外侧。

本实用新型绞吸式挖泥船的自浮式管线连接结构，其中所述连接法兰的连接处设有橡胶密封圈。

本实用新型绞吸式挖泥船的自浮式管线连接结构，其中爬坡管与所述水下管的延长线成25°-30°夹角，所述爬坡管为6m时，沉入水中的长度为0-4.25m；所述爬坡管为12m时，沉入水中深度4.25-8.25m；所述爬坡管为18m时，沉入水中的深度为8.25-12.5m；所述爬坡管为24m时，沉入水中的深度为12.5-16.5m；所述爬坡管为30m时，沉入水中的深度为16.5-20.75m。

本实用新型绞吸式挖泥船的自浮式管线连接结构与现有技术不同之处在于：本实用新型绞吸式挖泥船的自浮式管线连接结构中爬坡管包括排泥钢管和自浮管，自浮管的一端与排泥钢管连接，另一端与水上管连接，自浮管一部分浸没在水中，另一部分受浮力作用漂浮在水平面上，自浮管直接与水上管的水上排泥钢管连接，不需连接水上胶管进行过渡，减少了过渡连接接口，能有效提高管路的连接强度，增强管路的寿命；并且自浮管的结构为多层不同材质的材料加工成型，承重能力强、耐腐蚀强度高，进一步保证自浮管的使用寿命。

下面结合附图对本实用新型绞吸式挖泥船的自浮式管线连接结构作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型绞吸式挖泥船的自浮式管线连接结构的结构示意图；

图2为本实用新型绞吸式挖泥船的自浮式管线连接结构的受力分析示意图；

图3为本实用新型绞吸式挖泥船的自浮式管线连接结构的自浮管结构示意图；

图4为本实用新型绞吸式挖泥船的自浮式管线连接结构的自浮管的局部剖视图。

附图标注：1、水下管；2、水下胶管；3、爬坡管；4、自浮管；5、浮筒；6、泥浆面；7、呼吸阀；8、水上管；9、水平面；10、连接法兰；11、筒体；12、加强筋；13、减重孔；14、外覆盖层；15、浮体层；16、帘布增强层；17、橡胶增强层；18、强力层；19、主强力层；20、排泥通道；21、内胶层。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型绞吸式挖泥船的自浮式管线连接结构，包括水上管8、水下管1、以及连接水上管8和水下管1的爬坡管3，水下管1沉入泥浆面6，水上管8漂浮在水平面9上，水下泥浆面6的泥浆进入水下管1，然后依次沿爬坡管3和水上管8的延伸方向输送出去，达到将泥浆进行清理的目的，保证水体环境的清洁和运输的通畅。水上管8、水下管1均为钢管，钢管结构简单、安装方便、成本低、强度高、输送阻力小。水上管8漂浮在水平面9上，水上管8包括水上排泥钢管和浮筒5，每节水上排泥钢管上均配设有浮筒5，水上排泥钢管用于输送泥浆，浮筒5用于提供浮力，保证水上管8能漂浮在水面上。水上排泥钢管上连接有呼吸阀7，呼吸阀7用于排放管路内的气体，防止管路内气体淤积而致使管路破裂，保证水上排泥钢管的使用寿命。

爬坡管3包括排泥钢管和自浮管4，排泥钢管连接水下管1，水下管1承受爬坡管3的压力，水下管1与爬坡管3连接处受力集中，容易出现破裂、渗漏等问题，水下管1靠近排泥钢管的一端连接有水下胶管2，排泥钢管与水下胶管2法兰连接，水下胶管2连通水下管1和爬坡管3，水下胶管2的弹性大、承受水体波动和管件挤压能力强，减小了连接处破裂、渗漏等问题。爬坡管3包括排泥钢管和自浮管4，自浮管4连接水上管8，自浮管4与水上管8法兰连接；自浮管4为弹性管件，自浮管4一部分浸入水中，一部分在水平面9上漂浮，自浮管4在水平面9漂浮段，受到自身重力和管路内泥浆的重力作用，从倾斜状态弯转为水平状态。当水面波动幅度较大时，自浮管4的弯转处受到冲击作用，容易出现磨损、破裂，自浮管4相对于钢管为具有一定的弹性缓冲作用的软连接结构，软连接结构对波动冲击具有缓和作用，相对于排泥钢管直接与水上管8连接的结构，排泥钢管与水上管8连接处稳定性差、强度低，解决了连接处容易破损、泄漏的问题，保证了管路的使用寿命。

结合图3和图4所示，自浮管4包括连接法兰10和筒体11，连接法兰10的法兰盘靠近筒体11的一侧设有加强筋12，加强筋12均匀分布在连接法兰10上，加强筋12起到支撑法兰盘的作用，保证法兰盘的强度和稳定性，进而保证自浮管4两端连接处的结构稳定性和使用寿命。加强筋12上开设有减重孔13，减重孔13是在加强筋12能够满足强度要求的情况下，在加强筋12上开设，减小自浮管4的负重。加强筋12在连接法兰10的法兰盘的圆周方向均匀分布，加强筋12一般设有4个，保证连接法兰10需要的支撑强度。

自浮管4的筒体11与连接法兰10一体成型，一体成型结构稳定，受力均匀、连接效果好。自浮管4的筒体11包括内胶层21、帘布层和外覆盖层14，筒体11设为三层结构，每层可以按照需要选用不同的材料，根据实际需要进行加工和设计，加工和安装方便简洁。内胶层21固定连接在连接法兰10的内侧，内胶层21围覆形成排泥通道20，外覆盖层14固定连接在连接法兰10的外侧，内胶层21与外覆盖层14均与连接法兰10一体成型，结构稳定；内胶层21与外覆盖层14可以选用相同的材料进行加工，方便加工；内胶层21与外覆盖层14也可以选用不同的材料，根据内胶层21进行泥浆运输的特性，内胶层21选用防磨损、防腐蚀的材料，外覆盖层14浸没在水平面9下或漂浮在水平面9上，外覆盖层14选用防腐蚀、防晒的材料。帘布层夹持在内胶层21和外覆盖层14之间，帘布层起到加强和提供浮力的作用，帘布层选用强度高、浮力好的材料。

外覆盖层14沿连接法兰10的壁面外侧倾斜形成引导面，引导面沿连接法兰10的法兰盘向筒体11长度的中心方向倾斜。外覆盖层14的引导面的形状结构对流体产生引流的作用，给流体提供缓冲的空间，对流体进行引导，增大引导面的面积，减小流体对引导面的冲击压力，保证外覆盖层14与连接法兰10的连接强度；并且筒体11的帘布层结构配合外覆盖层14的结构进行倾斜。

帘布层包括主强力层19、帘布增强层16、橡胶增强层17、强力层18、浮体层15，帘布层设为多层结构，既能保证强度有能提供充足的浮力，并且降低了对材料性能的要求，降低施工成本，增长使用寿命。主强力层19与连接法兰10和内胶层21一体成型，主强力层19选用强度高、连接效果的好的材料，方便主强力层19与连接法兰10和内胶层21加工成型。帘布增强层16贴合主强力层19铺设且远离排泥通道20，帘布增强层16的铺设起到加强主强力层19的作用，保证强度要求。橡胶增强层17铺设在帘布增强层16的外侧，通过橡胶增强层17，对帘布增强层16的强度进行加强稳固，并且橡胶增强层17包覆在帘布增强层16的外侧，起到粘结固定帘布增强层16的效果。强力层18铺设在橡胶增强层17的外侧，浮体层15铺设在强力层18的外侧，浮体层15起到提供浮力的作用，保证自浮管4有充足的浮力能够弯转漂浮在水平面9上，外覆盖层14覆盖浮体层15且与连接法兰10一体成型，外覆盖层14对浮体层15的形状进行定型和限制，保证浮体层15的固定。

橡胶增强层17靠近连接法兰10的一端设有捆扎钢丝，捆扎钢丝缠绕有若干圈，捆扎钢丝固定成型在橡胶增强层17内。捆扎钢丝起到固定连接法兰10和筒体11的作用，加强连接法兰10与筒体11的连接强度，保证连接处的使用寿命。捆扎钢丝固定在橡胶增强层17内，方便对捆扎钢丝进行固定且能保证强度。

帘布增强层16设有帘线和橡胶，帘线依次贴合排布且交错成型在橡胶内，帘线交错成型在橡胶内，提高帘布增强层16的强度，增强帘布层承受拉压的能力。外覆盖层14的结构可以与帘布增强层16的结构一致，保证外覆盖层14承受外力冲击的能力。

浮体层15内填充EVA泡沫材料，浮体层15与外覆盖层14之间设有防水层，防水层围覆在浮体层15外侧。浮体层15起到增大浮力的作用，保证自浮管4需要的浮力，浮体层15外侧设有防水层，外覆盖层14长期在水中浸泡，容易受到腐蚀，可能出现渗漏的问题，防水层能隔离外覆盖层14与浮体层15，防止水渗透到浮体层15内；浮体层15的EVA泡沫吸水能力强，防水层包覆浮体层15，防止浮体层15吸水而导致浮力减小，保证浮体层15提供的浮力，进而保证管路的稳定性和使用寿命。

水上管8的相邻两段水上排泥钢管之间连接有连接有水上胶管，水上胶管连接相邻两段水上排泥钢管，使两段水上排泥钢管之间为软连接结构，在受到水体的波动作用时，减小水上管8的晃动对管路强度的影响，增加管路的使用寿命。

水上胶管和水下胶管2选用材质相同的管材，水上胶管和水下胶管2的结构与自浮管4的结构近似，以满足管路的强度要求。水上胶管和水下胶管2的结构较简单，水上胶管和水下胶管2对浮力要求低，所以水上胶管和水下胶管2没有浮体层15，体积较小，方便运输和安装。水上胶管和水下胶管2的两端分别与管路通过法兰连接，为了保证法兰连接的密封性能，在法兰连接处加设橡胶密封圈，橡胶密封圈的耐腐蚀能力强，并且能预防连接处的泄漏问题。

排泥钢管和自浮管4组合的爬坡管3上端直接连接钢管，不需胶管过度，结构简单，减少了胶管的使用和管线接口数量；自浮管4结构特殊，耐腐蚀和耐冲击效果好；爬坡管3为钢管连接自浮管4的结构适合水深较大的地形，稳定性好，具有较强的抗风浪能力。

爬坡管3与水下管1的延长线形成25°-30°夹角，优选的角度为30°，既能满足水下管1承受压力的程度，又能尽量缩短爬坡管3的长度，使爬坡管3保持舒缓的倾斜角度，方便泥浆的输送和保证连接处的强度，进而保证管线连接结构的使用寿命。

结合图2的受力分析图，自浮管4富余浮力较大，爬坡管3下端连接的钢管较短自重较小，则自浮管4一部分沉入水中，一部分浮于水上，现考虑爬坡管3的下端连接1节6m钢管，计算自浮管4沉入水中的长度，以爬坡管3与水下胶管2的连接处为铰接点，F₁为泥面对铰接点的支持力，F₂为爬坡管3下端连接的钢管自重、自身浮力与泥浆重力的合力，F₃为沉入水中的自浮管4的自重、泥浆重力与浮力的合力；即

F₂＝G(钢管)+G(泥浆)-F浮(钢管)

F₃＝F浮(自浮管4)-(G(自浮管4)+G(泥浆))

假设管线重力与浮力均匀分布，海水密度1.025t/m³，泥浆密度1.2t/m³；利用力矩平衡原理计算自浮管4沉入水中的长度：

F₂*L＝F₃*2L

根据上述公式计算出F₃，根据F₃推导出自浮管4所需浮力，进而根据需要的排水体积核算出自浮管4沉入水中的长度；其中爬坡管3下端的排泥钢管为6m钢管，钢管的内径为800mm，外径为1030mm；自浮管4的内径为800mm，外径为1168mm，质量为8.3t，长度为11.8m；综合如上条件可得出：

自浮管4沉入水中长度为2.5m，则爬坡管3入水总长度为8.5m(排泥钢管长度与自浮管4沉入水中长度之和)，即1节6m钢管可满足0～4.25m水深(爬坡管3的倾斜角度为30°)；同理排泥钢管为12m钢管时，自浮管4沉入水深4.55m，可满足4.25-8.25m水深；排泥钢管为18m钢管时，自浮管4沉入水深7m，可满足8.25-12.5m水深；排泥钢管为24m钢管时，自浮管4沉入水深9.1m，可满足12.5-16.5m水深。

排泥钢管为30m钢管时，自浮管4沉入水深为11.5m，可满足最大水深为16.5-20.75m；排泥钢管为30m钢管的结构理论上可行，但实际施工中由于长度太大，受大风浪影响可能发生弯折、损坏，且该工况下水下管1布设区域深度已接近绞吸船最大挖深，下沉管线前需进行试验确定，如条件允许可选择其他类型挖泥船。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。