一种基于水锤效应的打桩装置及采用此打桩装置的桩

1.本发明涉及海上风电桩的安装技术领域，尤其涉及一种基于水锤效应的打桩装置及采用此打桩装置的桩。


背景技术：

2.海上风力资源要比陆地更为充足，因此在海上建风力发电场是风电发展的趋势。
3.我国的海上沉桩技术还有待发展，大直径桩锤受极限制造能力的限制，主要还是通过进口国外的设备来弥补缺口。目前，海上打桩的设备多采用液压锤，但是市面上的液压锤重量太大、对水域污染严重等不足也限制了打桩技术的发展。专利文件cn112900434a中公开了一种利用水锤效应、通过一次燃料燃烧爆炸使桩体获得两次贯入度的打桩装置，该装置弥补了液压锤的缺陷，很大程度上减少了对环境的污染，并且结构简单，携带方便。但是桩体的应用受到了限制，其中一个燃料爆炸可能引发相邻的多发燃料爆炸，并且安装或更换燃料时需要将整个装置拆除，十分不便。


技术实现要素：

4.有鉴于此，有必要提供一种基于水锤效应的打桩装置及采用此打桩装置的桩，用以解决现有技术中利用水锤效应打桩的装置燃料难以更换或安装，并且一次爆炸可能引爆多发燃料的问题。
5.本发明提供一种基于水锤效应的桩体打桩装置，包括水锤仓和压力产生组件，所述水锤仓具有一空腔；所述压力产生组件包括压力室、多个气体发生器和泄压阀，所述压力室内部中空，所述压力室设置于所述水锤仓的外部并与所述空腔底部连通，所述压力室的侧壁开设有多个通孔及一个排气孔，多个所述通孔沿所述压力室的侧壁间隔分布，所述气体发生器与所述通孔一一对应设置并可拆卸的安装于所述通孔内，所述泄压阀通过所述排气孔与所述压力室连通。
6.进一步的，所述压力室内部形成有气流导管，所述气流导管的一端穿设所述压力室连接于所述水锤仓的底部并与所述空腔连通、另一端内置于所述压力室。
7.进一步的，所述气流导管位于所述压力室内部的一端连接于所述压力室的底部，所述气流导管侧壁绕其周向开设有多个气流通孔，所述气流导管通过所述气流通孔与所述压力室连通
8.进一步的，所述压力室的侧壁上安装有排气管，所述排气管通过安装孔与所述压力室内部连通，所述泄压阀安装于所述排气管远离所述压力室的一端，用于控制压力室内部气体的释放。
9.进一步的，所述水锤仓的内壁上安装有多个引流板，每一所述引流板沿阻碍水流的方向布置，多个所述引流板沿所述水锤仓的内壁周向间隔分布，所述引流板具有引流面，所述引流板具有第一工位和第二工位，当所述引流板处于第一工位时，所述引流面与所述水锤仓的内壁具有一定的角度，当所述引流板处于第二工位时，所述引流板背离所述引流
面的一面紧贴所述水锤仓的内壁。
10.进一步的，所述引流板与所述水锤仓的内壁连接的一侧与所述水锤仓的内壁形状适配。
11.进一步的，所述水锤仓的内壁安装有多个定位环，所述引流板的板面上具有限位块及开设有安装孔，所述引流板与所述定位环一一对应设置并通过所述安装孔与所述定位环可转动的连接，所述限位块位于所述引流面上，用于限制所述引流板相对所述定位环的转动角度。
12.进一步的，所述气体发生器包括壳体、爆炸物、过滤网和点火装置，所述壳体与所述通孔配合，所述壳体朝向所述压力室的一端开口，所述爆炸物内置于所述壳体的腔体内，所述过滤网安装于所述开口处，所述点火装置位于所述壳体相对所述开口的一端。
13.本发明还提供一种采用基于水锤效应的打桩装置的桩，其包括桩体以及如上所述的基于水锤效应的打桩装置；所述桩体的上端可拆卸的连接于所述水锤仓的底部。
14.进一步的，所述水锤仓的底部与所述压力室连通，所述压力室的底部可拆卸的连接于所述桩体的上端。
15.本发明采用的基于水锤效应的打桩装置，与现有技术相比，水锤仓内注入有液体，通过将压力室设置在水锤仓的外围并且与水锤仓的空腔底部连通，气体发生器沿压力室的外壁分布，气体发生器产生的高压气体通过压力室传至水锤仓作用于其中的液体，使其上升至一定的高度，然后开启泄压阀排出高压气体，上升的液体下降形成水锤效应用于打桩；气体发生器中的燃料爆炸后，可将气体发生器拆卸进行更换，并且燃料装在气体发生器中，能够避免一次爆炸引发多发燃料的情况发生。
16.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
附图说明
17.图1为本发明提供的基于水锤效应的打桩装置及采用此打桩装置的桩一实施例的结构示意图；
18.图2为本发明实施例中水锤仓的结构示意图；
19.图3为本发明实施例中水锤仓另一角度的结构示意图；
20.图4为本发明实施例中引流板的结构示意图；
21.图5为本发明实施例中引流板的安装结构示意图；
22.图6为本发明实施例中气体发生器的结构示意图。
具体实施方式
23.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
24.如图1
‑
6所示，为本发明实施例所提供的采用基于水锤效应的打桩装置的桩，其包括桩体1及基于水锤效应的打桩装置2。桩体1垂直于海平面插入海床中，基于水锤效应的打桩装置2的水锤仓21的底部可拆卸的桩体1的顶部，基于水锤效应的打桩装置2燃料爆炸产生的爆破力以及高压气体驱动液体上升后再下降产生的水锤效应作用于桩体1，进行打桩
作业。
25.需要说明的是，基于水锤效应的打桩装置2与桩体1通过螺栓紧固连接，在其他实施例中，也可采用卡接等方式，可以理解的是，只要能够保证基于水锤效应的打桩装置2和桩体1之间紧固连接且可拆卸即可。
26.需要说明的是，桩体1桩体1可为挤土桩，也可为非挤土桩，在本实施例中，桩体1为非挤土桩；桩体1可为任意形状和规格，如圆柱状、四方体、六方体等，在本实施例中，桩体1为圆柱状，桩体1的直径根据打桩需求设定。
27.如图2所示，所述基于水锤效应的打桩装置2包括水锤仓21和压力产生组件22，所述水锤仓21具有一空腔；所述压力产生组件22包括压力室221、多个气体发生器222和泄压阀223，所述压力室221内部中空，所述压力室221设置于所述水锤仓21的外部并与所述空腔底部连通，所述压力室221的侧壁开设有多个通孔2211及一个排气孔(未在图中示出)，多个所述通孔2211沿所述压力室221的侧壁间隔分布，所述气体发生器222与所述通孔2211一一对应设置并可拆卸的安装于所述通孔2211内，所述泄压阀223通过所述排气孔与所述压力室221连通。
28.需要说明的是，水锤仓21中通过液压泵等方式注入有液体，在本实施例中，液体为水；其中，水大约占水锤仓体积的三分之一，确保水锤仓上部具有水柱上升的空间。
29.需要说明的是，压力室221与水锤仓21的空腔连通设置，确保气体发生器222产生的高压气体经过压力室221作用于空腔内的水柱，并且压力室221设置在水锤仓21的外部，便于安装或更换气体发生器222。
30.需要说明的是，压力室221可密封的套设在水锤仓21的外部，通过在水锤仓21的底部的侧壁上开孔连通空腔和压力室221，此种情况下，水锤仓21的底部与桩体1的顶部可拆卸的连接；或压力室221可与水锤仓21并列分布，并通过设置管道的方式将压力室221中的高压气体经水锤仓21的下端引入空腔中，此种情况下，水锤仓21的底部与桩体1的顶部可拆卸的连接；在本实施例中，压力室221位于水锤仓21和桩体1之间，水锤仓21通过压力室221间接的与桩体1上端连接，具体的，桩体1的顶部封闭并与压力室221的底部可拆卸的连接，水锤仓21的两端开口且其下端与压力室221连通；可以理解的是，压力室221与水锤仓21的连接方式不限于以上方案，只要能够保证压力产生组件22在水锤仓21的外部，便于安装或更换气体发生器222中的燃料，且压力室221与水锤仓21的空腔连通即可。
31.具体的，在本实施例中，桩体1及压力室221连接的部位分别具有环形凸台，两个环形凸台对应的位置均开设有连接孔，桩体1与压力室221通过连接孔采用螺栓连接的方式固定。
32.需要说明的是，在本实施例中，通孔2211沿压力室221的外壁周向间隔分布，气体发生器222与通孔2211可拆卸的配合连接，并且，气体发生器222与通孔2211之间需要采取密封的措施，保证气体发生器222产生的高压气体不会外溢至压力室221外部，影响打桩装置的打桩效率。具体的，在本实施例中，通孔2211的内壁具有内螺纹，气体发生器222的外壁具有与内螺纹配合的外螺纹，并且在气体发生器222的外壁套设一层防高温的密封圈，气体发生器222与通孔2211通过螺纹螺接，实现了可拆卸密封连接；可以理解的是，在其他实施例中，气体发生器222与通孔2211的连接方式并不局限于此。
33.需要说明的是，泄压阀223与压力室221导通，用于排出燃料爆炸后产生的气体，具
体的，当气体带动水柱上升到一定高度后，开启泄压阀223，使空腔和压力室221内的气体排出，水柱下降形成水锤；通过泄压阀223排气能够避免空腔内形成空气弹簧，影响水柱下落进而影响打桩效率。
34.作为优选实施例，所述压力室221内部形成有气流导管2212，所述气流导管2212的一端穿设所述压力室221连接于所述水锤仓21并与所述空腔连通、另一端内置于所述压力室221。
35.需要说明的是，在实际应用中，设置大直径的水锤仓21才能保证空腔内的水柱下落产生足够的冲击力进行打桩，相应的，压力室221的直径的也十分大，通过设置气流导管2212，能够使气体发生器222产生的气体通过一个集中的入口进入空腔211中，避免气体通过大空间能量被分散，导致爆发力不够，影响水锤效应的打桩效率。其中，气流导管2212与所述压力室221同轴设置。
36.作为优选实施例，所述气流导管2212位于所述压力室221内部的一端连接于所述压力室221的底部，所述气流导管2212侧壁绕其周向开设有多个气流通孔2212a，所述气流导管2212通过所述气流通孔2212a与所述压力室221连通。
37.需要说明的是，通过将气流导管2212的底端与压力室221的内壁连接，并沿气流导管2212的底部周向开设气流通孔2212a，能够使燃料爆炸后产生的气体及能量以更集中的方式进入空腔中，提高打桩效率。
38.具体的，在本实施例中，气流通孔2212a为方形，在其他实施例中，气流通孔2212a可为其他形状；气流通孔2212a的个数可为任意数目，其中，气流通孔2212a的个数决定了气流的通行效率，可根据需求合理设置。
39.作为优选实施例，所述压力室221的侧壁上安装有排气管2213，所述排气管2213通过安装孔与所述压力室221内部连通，所述泄压阀223安装于所述排气管2213远离所述压力室221的一端，用于控制压力室内部气体的释放。
40.需要说明的是，通过设置排气管2213，并将泄压阀223安装在排气管2213的端头，能够更加便捷的操控泄压阀223。
41.作为优选实施例，所述水锤仓的内壁上安装有多个引流板3，多个所述引流板3沿所述水锤仓21的内壁周向间隔分布，每一所述引流板3沿阻碍水流的方向布置，所述引流板3具有引流面31，所述引流板3具有第一工位和第二工位，当所述引流板3处于第一工位时，所述引流面31与所述空腔211的内壁具有一定的角度，当所述引流板3处于第二工位时，所述引流板3背离所述引流面31的一面紧贴所述水锤仓21的内壁。
42.需要说明的是，通过设置引流板3，在引流板3的引流作用下，能够使气体更加充分的作用于中心水柱，增加中心水柱向上的冲击力，提高打桩效率。引流板3在第一工位和第二工位之间切换，当气体发生器222未产生高压气体时，引流板3处于第一工位，引流板3与水锤仓21的内壁之间存在一定的夹角；当气体发生器222产生的高压气体作用于空腔211冲击其内部的水柱向上时，水柱冲击引流板3的引流面31，使其到达第二工位，背离引流面31的一侧与水锤仓21的内壁贴紧。
43.具体的，引流板3的个数可为三个、四个或更多，可根据每一个引流板3的尺寸决定，确保多个引流板3能够沿水锤仓21的内壁形成完成的包围圈；在本实施例中，引流板3垂直于水流运动的方向水平设置，确保了水流与引流面31最大化的接触，在其他实施例中，引
流板3可与水流运动的方向呈一定的角度倾斜设置，可以理解的是，只要能够保证水流向上运动时，引流板3对水流形成一定的引流效果即可。
44.作为优选实施例，所述引流板3与所述水锤仓21的内壁连接的一侧与所述水锤仓21的内壁形状适配。
45.需要说明的是，通过将引流板3设计成与水锤仓21内壁形状适配的流线型，能够保证水柱从水锤仓21的中部向上运动。
46.作为优选实施例，所述水锤仓21的内壁安装有多个定位环4，所述引流板3的板面上具有限位块32及开设有安装孔，所述引流板3与所述定位环4一一对应设置并通过所述安装孔与所述定位环4可转动的连接，所述限位块32位于所述引流面31上，用于限制所述引流板3相对所述定位环4的转动角度。
47.需要说明的是，定位环4的环面与水锤仓21的内壁垂直设置，将引流板3通过安装孔安装在定位环4上，引流板3可沿定位环4滑动，滑动至一定位置后，引流面31上的限位块32与水锤仓21的内壁抵接，限制引流板3的滑动，引流板3的位置被固定至第一工位状态。
48.具体的，引流板3处于第一工位时，受到水柱向上运动的冲击，引流板3沿着定位环4朝着第二工位转动，直至背离引流面31的一侧与水锤仓21的内壁抵接，水柱下降后，引流板3在重力作用下沿着定位环4朝着第一工位转动，直至限位块32与水锤仓21的内壁抵接。
49.需要说明的是，限位块32可为三角块、四边形块、五边形快等形状，可以理解的是，只要能够保证当引流板3处于第一工位时，限位块32恰好有一侧与水锤仓21的内壁抵接即可，在本实施例中限位块32为三角形块，并且三角形块的一侧与引流面31垂直，确保引流板3处于第一工位时，板面与水流的运动方向垂直。
50.作为优选实施例，所述气体发生器222包括壳体2221、燃料(未在图中示出)、过滤网2222和点火装置2223，所述壳体2221与所述通孔2211配合，所述壳体2221朝向所述压力室221的一端开口，所述燃料内置于所述壳体2221的腔体内，所述过滤网2222安装于所述开口处，所述点火装置2223位于所述壳体2221相对所述开口的一端。
51.需要说明的是，点火装置2223接收到信号后，通过加热点燃燃料后产生大量的气体，气体经过滤网2222过滤后进入压力室221，开始打桩作业。
52.为了便于对本发明实施例有更好的理解，以下对本技术实施例的使用过程加以详细叙述：
53.开始打桩时，将打桩装置2安装到桩体1上，通过控制系统控制气体发生器222，点燃其内部的燃料使其爆炸产生大量气体，高压气体进入压力室221,并经过气流通孔2212a进入气流导管2212，随机进入水锤仓21中并驱动其中的水柱向上运动，水柱运动的过程中推动引流板3从第一工位转换至第二工位，当水柱上升到一定高度后，开启泄压阀223，气体被排出，水柱下降作用于桩体1上，形成水锤进行打桩，完成一次打桩后，可重复上述步骤进行下一次打桩，直至气体发生器222上布置的燃料全部燃烧。
54.相对于现有技术，本发明实施例至少具有如下效果：
55.1.气体发生器设置在水锤仓的外围，方便安装或更换气体发生中的燃料；
56.2.燃料装在气体发生器的壳体内，某个气体发生器中的燃料燃烧时不会影响相邻的其他燃料，保证了燃料燃烧的安全性；
57.3.通过安装引流板，对水体进行引流，可使气体更加充分的作用于中心水柱，提高
打桩效率。
58.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。