一种吸力桶式水下打桩降噪装置及其施工方法与流程

本发明涉及海上风机水下打桩降低噪声技术领域，具体地说是涉及一种吸力桶式水下打桩降噪装置及其施工方法。

背景技术：

近年来，随着社会的快速发展，能源的日益紧张，为了社会经济与环境的可持续发展，人们逐渐将更多的目光转向可持续发展能源，其中海洋所蕴藏的巨大的风电效益吸引人们对其的开发利用。海洋风电场的开发建设，越来越成为各国能源版图中重要的组成部分。但不可避免地，海上工程的建设以及运行，都将对海洋环境产生各类的噪声污染。

现已经研究出了一种水下降噪装置hsd（hydrosounddampers，简称hsd），其降噪方法是使用小型充气囊和不同尺寸和几何形状的聚乙烯泡沫元件，固定在桩周围的网上，充分降噪。该试验装置不仅在实验室内验证了其可靠性与准确性，而且在伦敦、洛杉矶等一些风电场也得到了应用，并且通过数据分析显示其降噪的高效。

然而，hsd里的气球都是光滑气球，在降噪方面没有达到最理想的效果。并且在降噪网的设计中没有考虑到噪声的分布，以及水-土界面处发出的极大噪声。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提出一种吸力桶式水下打桩降噪装置及其施工方法，可有效地降低打桩噪声，降低噪声对海洋环境与海洋生物的危害。

技术方案：本发明提出一种吸力桶式水下打桩降噪装置，包括浮于水面上的浮力环基座；所述浮力环基座环绕在桩体外周；插入水底土壤的吸力桶装置；所述吸力桶装置环绕在桩体外周，且吸力桶装置与桩体外壁密封连接；环绕在桩体外围的第一降噪网；所述第一降噪网的上端与浮力环基座连接，第一降噪网的下端与吸力桶装置连接；环绕在第一降噪网外侧的第二降噪网；所述第二降噪网的上端与水面浮力环基座连接，第二降噪网的下端为自由端；当打桩作业时，所述第二降噪网呈伞状悬置于水面下。

进一步，所述第二降噪网包括第二网体和分散固定在第二网体上的多个第二定形降噪块；所述第二定形降噪块的密度大于水，第二网体的密度小于水。

进一步，由桩体向外布置的所述多个第二定形降噪块的体积逐个增大。

进一步，所述第二网体为聚氯乙烯材质；所述第二定形降噪块为铝合金材质。

进一步，所述第二定形降噪块为球状，且表面做粗糙处理。

进一步，所述第一降噪网包括第一网体和分散固定在第一网体上的多个第一定形降噪块。

进一步，所述第一定形降噪块和第一网体均为聚氯乙烯材质。

进一步，所述第一定形降噪块为球状，且表面做粗糙处理。

进一步，所述吸力桶装置包括开口向下的吸力桶和吸力管；所述吸力桶插在水底土壤上，使吸力桶形成封闭内腔；所述吸力管与封闭内腔相连通，用于封闭内腔的抽真空。

本发明还提出一种吸力桶式水下打桩降噪装置的水下打桩施工方法，包括如下步骤：步骤一：在水面上桩体外侧依次安装吸力桶装置和浮力环基座；

步骤二：将第一降噪网安装在浮力环基座与吸力桶装置之间，将第二降噪网上端安装在浮力环基座上；

步骤三：释放吸力桶装置，吸力桶装置在水中自由下落，并带动第一降噪网一起下沉，第一降噪网全部展开；释放第二降噪网使其下垂展开；

步骤四：对吸力桶装置抽真空，吸力桶装置内外形成压力差；

步骤五：打桩作业，所述第二降噪网因在水中由下向上传播的声波呈伞状悬置于水面下；

步骤六：打桩作业完成后，在浮力环基座处完成降噪装置的收集。

有益效果：本发明通过第一降噪网上的第一定形降噪块，不仅可以保证整个系统装置的稳定性，也可以保证第一降噪网降噪的密集度；另外可以充分控制第一定形降噪块的共振频率、冲击噪声的最佳阻尼率、分布和有效频率范围，具有高效共振、散射和耗散效应，可达到充分减噪的效果；进行打桩作业，第二降噪网因在水中由下向上传播的声波呈伞状悬置于水面下，第二降噪网可对打桩噪声最大的地方进行二次降噪，抑制声波由下向上的传播；通过设置吸力桶装置，不仅可以稳定第一降噪网，还可以极大地降低打桩过程中水-土界面处的噪声。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明第二降噪网俯视图；

图3为本发明第二降噪网结构示意图；

图4为本发明吸力桶的主视图；

图5为本发明吸力桶的俯视图；

图6为本发明吸力桶装置中阀门的剖面图；

图7为本发明吸力桶装置中法兰的剖面图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提出一种吸力桶式水下打桩降噪装置，包括浮于水面上的浮力环基座3；所述浮力环基座3环绕在桩体2外周；插入水底土壤11的吸力桶装置；所述吸力桶装置环绕在桩体2外周，且吸力桶装置与桩体2外壁密封连接；环绕在桩体2外围的第一降噪网7；所述第一降噪网7的上端与浮力环基座3连接，第一降噪网7的下端与吸力桶装置连接；环绕在第一降噪网7外侧的第二降噪网8；所述第二降噪网8的上端与水面浮力环基座3连接，第二降噪网8的下端为自由端；当打桩作业时，所述第二降噪网8呈伞状悬置于水面下。

第一降噪网7包括第一网体和分散固定在第一网体上的多个第一定形降噪块。第一定形降噪块和第一网体均为聚氯乙烯材质。第一定形降噪块为球状，且表面做粗糙处理。第一定形降噪块配合第一网体使用时，第一定形降噪块不仅可以保证整个系统装置的稳定性，也可以保证第一降噪网7降噪的密集度；另外可以充分控制第一定形降噪块的共振频率、冲击噪声的最佳阻尼率、分布和有效频率范围，具有高效共振、散射和耗散效应，可达到充分减噪的效果。

如图2和图3所示，第二降噪网8包括第二网体14和分散固定在第二网体14上的多个第二定形降噪块17。第二定形降噪块17的密度大于水，第二网体14的密度小于水。第二降噪网8的整体密度需要大于水，使其能在水中自然下垂；当打桩作业时，噪声声波在水中由下向上传递，第二降噪网8在声波作用下呈伞状悬置于水面下。可根据打桩作业的声波强度，选用不同材质的第二网体14和第二定形降噪块17，使其达到上述使用形态即可。本实例中第二网体14为聚氯乙烯材质；所述第二定形降噪块17为铝合金材质。

第二定形降噪块17为球状，且表面做粗糙处理。桩体2向外布置的所述多个第二定形降噪块17的体积逐个增大，通过内外侧的重力差，使第二降噪网8在打桩作业时能够形成开口向下的伞状。通过第二定形降噪块17的材质和直径的不同，可以控制第二降噪网8在打桩作业时的展开角度。

进行打桩作业，第二降噪网8因在水中由下向上传播的声波12呈伞状悬置于水面下，第二降噪网8可对打桩噪声最大的地方进行二次降噪，抑制声波由下向上的传播。第二定形降噪块17也可以产生共振，强化第二网体14的降噪效果。

浮力环基座3包括固定在水面上的铁栏20和为整个装置提供浮力的气囊4，浮力环基座3为整个装置提供施工平台。

如图4和图5，所述吸力桶装置包括开口向下的吸力桶10和吸力管5。吸力桶10的上端开口处设置有密封圈18，用于与桩体2密封连接。所述吸力桶10在重力的作用下，从水面处下沉至水底并插在水底土壤11上，使吸力桶10形成封闭内腔；所述吸力管5与封闭内腔相连通，用于封闭内腔的抽真空。通过利用吸力管封闭内腔抽真空，使吸力桶10内部与外部形成很大的压力差，从而极大地降低打桩过程中水-土界面处的噪声。此外，吸力桶装置带动第一降噪网7下沉，保证第一降噪网7达到最大展开度，充分降低打桩噪声；吸力桶10插在水底土壤11中，达到高度稳定的效果，保证上层装置的安全性。

如图6和图7所示，吸力桶装置还包括阀门9和法兰29。阀门9主要由手轮21、o型密封圈22、阀盖23、阀盖密封垫24、阀杆25、阀瓣26、阀座27、阀体28、kn接口29和阀芯30组成。o型密封圈22主要为防止水的泄露和进入。阀盖密封垫24用以防止阀体28与阀盖23之间受到压力、腐蚀和自然地热胀冷缩泄露。法兰主要连接阀门9和吸力管5，中间的法兰垫片33主要防止两个法兰盘34发生腐蚀等不良作用，也填补了拼接的不规则性。两个法兰盘34通过螺栓31和螺母32连接紧密结合。

通过转动手轮21，带动阀杆25移动，阀杆25传动，带动阀芯30，从而实现打开阀门9，利用吸力管5将吸力桶10里水和空气混合物吸尽，使吸力桶内部与外部形成很大的压力差，从而极大地降低打桩过程中水-土界面处的噪声。

本发明还提出一种吸力桶式水下打桩降噪装置的水下打桩施工方法，包括如下步骤：

步骤一：在水面上桩体2外侧依次安装吸力桶装置和浮力环基座3；

步骤二：将第一降噪网7安装在浮力环基座2与吸力桶装置之间，将第二降噪网8上端安装在浮力环基座3上；

步骤三：释放吸力桶装置，吸力桶装置在水中自由下落，并带动第一降噪网7一起下沉，使第一降噪网7全部展开；释放第二降噪网8使其下垂展开；

步骤四：对吸力桶装置抽真空，吸力桶装置内外形成压力差；

步骤五：打桩作业，所述第二降噪网8因在水中由下向上传播的声波12呈伞状悬置于水面下；

步骤六：打桩作业完成后，在浮力环基座3处完成降噪装置的收集。