沉箱及水下维修装置的制作方法

1.本发明涉及水下作业领域，特别是涉及一种沉箱及水下维修装置。


背景技术：

2.蓄水大坝或桥梁路基等临水建筑通常采用水泥浇筑而成，且长时间承受水流的冲刷。为保持其完整，以提供足够的支撑，需定期对这些临水建筑进行维护保养。相关技术多采用筑坝围水法或沉箱法对这些临水建筑进行保养。沉箱法比于筑坝围水法，具有工程量小、省时省力，重复使用性高等优点。沉箱法的操作过程为：需在破损部位上安放沉箱，以将维修部位与水隔开；通过充气或泵抽等方法将围蔽空间内的水排干；人员通过通道进入围蔽空间内进行维修，维修后，人员撤离；将沉箱提起，移动到其它部位进行维修。沉箱法需解决沉箱底部与破损部位之间的密封问题。为解决上述问题，相关技术多采用双层密封组件或u型密封组件。双层密封组件适用于维修水平的破损部位。沉箱工作时，双层密封组件的外侧橡胶由外部水压压紧与破损部位贴合，以阻挡水进入沉箱内，内侧橡胶则通过内外侧橡胶的气压差与破损部位贴合，进一步阻挡水进入沉箱内部。u型密封组件适用于维修具有一定坡度的破损部位。当沉箱沉降到位后，加压排干围蔽空间的积水后，向u形密封橡胶围成的密封腔内充气，u形密封橡胶膨胀与破损部贴合，阻挡水进入沉箱与路基围蔽的空间，营造安全干燥的维修空间。
3.无论是适用于水平路基维修的双层密封组件，还是适用于具有一定坡度的u型密封组件，他们在实际使用过程中均存在一系列问题。双层密封组件在实际使用过程中，存在以下问题：1、密封效果差，若内外侧橡胶的气压差较小，则密封功能失效；2、若橡胶与底面接触面积小，在遇到较大坑槽或凸出粗石时，即不平整的破损部位时，其密封效果差。u型密封组件在实际使用过程中，存在以下问题：1、若遇到混凝土过流面有深度较大坑槽，加压过程中压力过大使整个密封装置容易脱落，且加压过程中，遇到尖锐物易被刺破；2、若遇到破损部位的平整度高，沉箱上浮时，水无法进入沉箱内部，存在沉箱移位困难等问题。


技术实现要素：

4.本发明的其中一个目的在于提供一种沉箱，以适应各种形状的破损部位，提供良好的密封效果。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种沉箱，包括下部开口的箱体、内框和压紧机构；所述内框设置于所述箱体内，且与所述箱体下部的内侧壁围成容纳空间，所述容纳空间内设置有密封组件；所述压紧机构设置于所述密封组件的上方，以向所述密封组件施加远离所述箱体的压力。
6.在上述技术方案中，所述密封组件包括形变层和连接层，所述连接层的下表面与所述形变层相接，所述连接层的上表面与所述压紧机构相接。
7.在上述技术方案中，所述形变层和所述连接层均为环形结构，且套设于所述内框的外壁。
8.在上述技术方案中，所述形变层由上至下依次包括第一形变层和第二形变层，所述第一形变层为软质橡胶层，所述第二形变层为乳胶层或棉絮层。
9.在上述技术方案中，所述压紧机构包括压板和推杆，所述压板与所述连接层的上表面相接，所述推杆的一端设置于所述箱体上，且另一端与所述压板相接。
10.在上述技术方案中，所述容纳空间内设置有导向件，所述导向件自所述容纳空间的上表面向下延伸。
11.在上述技术方案中，所述导向件包括第一导向件，所述第一导向件依次贯穿所述压板、所述连接层与所述形变层。
12.在上述技术方案中，所述导向件包括第二导向件，所述开口的内侧壁与所述内框的外侧壁分别设置有所述第二导向件。
13.在上述技术方案中，所述第二导向件自所述容纳空间的上表面延伸至与所述第二形变层的上表面相接。
14.本发明的另一方面还提供一种水下维修装置，包括控制设备、压缩空气站和如上述技术方案所述的沉箱，其中，所述控制设备用于控制所述压缩空气站向所述沉箱的箱体通入气体以及用于控制所述压紧机构向所述沉箱施加压力，所述沉箱的箱体还设置有与外界连通的通道。
15.本发明实施例的一种沉箱与相关技术相比，其有益效果在于：
16.内框与开口的侧壁形成的容纳空间，可以设置密封组件，有利于箱体内部和破损部位之间形成密封空间，方便人员作业维修；密封组件在压紧机构的作用下可以贴合于破损部位上，以填充容纳空间与破损部位之间的间隙；通过调节设置在密封组件上方的压紧机构施加的压力大小，本发明可以调节密封组件的密封效果，这使得本发明可以根据实际情况的需要调节密封效果，既可以避免密封效果差，也可以避免密封效果过好导致的沉箱移位困难的问题；
17.因此，本发明可以避免双层密封组件的沉箱存在的密封效果差，不能适应形状各异的破损部位的问题，同时，也可以避免密封效果过好时，沉箱移位困难等问题。
附图说明
18.图1是本发明其中一个实施例的沉箱的横向剖视示意图；
19.图2是图2中a处的放大示意图；
20.图3是图1所示实施例的沉箱的纵向剖视示意图；
21.图4是气动推杆的气路图；
22.图中，100、箱体；1001、通道；
23.200、内框；
24.300、压紧机构；310、压板；320、推杆；321、气源；322、滤器三组件；323、压力调节阀；324、开关阀；325、放气口；326、两位四通电磁换向阀；327、调速阀；328、同步阀；
25.400、密封组件；410、连接层；420、形变层；421、第一形变层；422、第二形变层；
26.510、第一导向件；520、第二导向件。
具体实施方式
27.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
28.在本发明的描述中，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
29.如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
30.如图1、图2和图3所示，本发明实施例优选实施例的一种沉箱，包括下部开口的箱体100、内框200和压紧机构300，内框200设置于箱体100内，且与箱体100的侧壁围成容纳空间，容纳空间内设置有密封组件400，压紧机构300设置于密封组件400的上方，以向密封组件400施加远离箱体100的压力。
31.其中，内框200与开口的侧壁形成的容纳空间，可以设置密封组件400，有利于箱体100内部和破损部位之间形成密封空间，方便人员作业维修；密封组件400在压紧机构的作用下可以贴合于破损部位上，以填充容纳空间与破损部位之间的间隙；通过调节设置在密封组件400上方的压紧机构300施加的压力大小，本发明可以调节密封组件400的密封效果，这使得本发明可以根据实际情况的需要调节密封效果，既可以避免密封效果差，也可以避免密封效果过好导致的沉箱移位困难的问题。
32.优选地，箱体100的下部也可以设置外框，以与内框200共同围成容纳空间。内框200与外框两者的形状可以依据实际情况的需要设计。
33.优选地，可以设置一连接件的两端分别与内框200和箱体100焊接，以将内框200设置于开口内。
34.进一步的，密封组件400包括形变层420和连接层410，形变层420设置于连接层410的下表面，连接层410的上表面与压紧机构300相接。
35.可以理解的是，形变层420通过压紧机构300施加的压力发生变形而填充容纳空间以及容纳空间与破损部位之间的间隙，使密封组件400可以适应各种形状的破损部位，以实现密封；连接层410主要用于将来自压紧机构300的压力传递给形变层420，同时连接层410还可以将压紧机构300的压力可以均匀分布于形变层420上，避免压紧机构300施加的压力过于集中。
36.除此之外，形变层420通常采用橡胶、棉絮等材料。若仅采用形变层420与压紧机构300相接，当形变层420长时间与破损部位贴合时，形变层420会粘附于破损部位上，从而导致密封组件400的密封效果下降。因此，形变层420设置于连接层410的下表面，使形变层420与连接层410之间具有较大的接触面积，从而为形变层420提供足够的连接力，以大于形变层420粘附于破损部位的粘附力，避免形变层420粘附于破损部位上。
37.在其中一个实施例中，压紧机构300包括压板310和推杆320，压板310与连接层410的上表面相接，推杆320的一端设置于箱体100上，且另一端与压板310相接。
38.在本实施例中，推杆320的一端设置于箱体100上，且另一端与压板310相接，使得
推杆320可以通过伸长和缩短可以对密封组件400提供一定的压力，进而使密封组件400的形变层420变形以填充容纳空间以及容纳空间与破损部位之间的间隙，使密封组件400可以适应各种形状的破损部位，以实现密封。压板310可以进一步分散推杆320的压力，以作用于密封组件400上。密封组件400的连接层410优选为硬质橡胶，可以作为形变层420与压板310胶合时的过渡层，为压板310和形变层420之间提供良好的连接性能，避免形变层420粘附于破损部位上。
39.优选地，压板310由首尾依次相机的四个子板组成，每个子板上设置五个推杆320，以提供足够的压力，使形变层420变形填充容纳空间以及容纳空间与破损部位之间的间隙。
40.在上述实施例中，形变层420和连接层410均为环形结构，且套设于内框200的外壁。可以理解的是，环形结构的形变层420和连接层410方便安装和更换。
41.环形结构的形变层420与环形结构的连接层410与容纳空间的形状相契合，有利于形变层420充满容纳空间，从而提高密封效果。
42.进一步的，形变层420由上至下依次包括第一形变层421和第二形变层422，第一形变层421为软质橡胶层，第二形变层422为乳胶层或棉絮层。
43.第一形变层421为软质橡胶层，可以为第二形变层422与连接层410之间提供稳定的连接力，避免第二形变层422粘附于破损部位；第二形变层422为乳胶层，这种材料的弹性好，易变形，受到压紧机构300的压力时可以充满容纳空间以及容纳空间与破损部位之间的间隙，起密封作用。其中，第一形变层421与第二形变层422均可以发生形变以充满容纳空间，实现密封的效果。第一形变层421还可以起连接第二形变层422与连接层410的作用。优选地，可以将乳胶或棉絮填充进环形套制成第二形变层422。第二形变层422还可以为棉絮层。
44.进一步的，密封组件400还包括导向件，容纳空间内设置有导向件，导向件自容纳空间的上表面向下延伸。
45.自容纳空间的上表面向下延伸的导向件，可以提高压紧机构300沿容纳空间向下运动的稳定性，并对压紧机构300产生的压力起导向作用，使该压力可以完全作用于形变层420上，以有利于形变层420发生变形填充容纳空间以及容纳空间与破损部位之间的间隙，使密封组件400可以适应各种形状的破损部位，以实现密封。
46.进一步的，导向件包括第一导向件510，第一导向件510依次贯穿压板310、连接层410与形变层420。
47.依次贯穿压板310、连接层410与形变层420第一导向件510，有利于压板310受到压力时可以依次传递给连接层410和形变层420，使形变层420可以通过变形以填充容纳空间以及容纳空间与破损部位之间的间隙，使密封组件400可以适应各种形状的破损部位，以实现密封。
48.进一步的，导向件包括第二导向件520，开口的内侧壁与内框200的外侧壁分别设置有第二导向件520。
49.设置在开口的内侧壁与内框200的外侧壁的第二导向件520共同起导向作用。在其中一个实施例中，第二导向件520自容纳空间的上表面延伸至与第二形变层422的上表面相接。由于第一形变层421、第二形变层422以及连接层410的形变程度有限，推杆320的行程无法到达第二变形层所在的位置，设置第二导向件520仅延伸至与第二形变层422的上表面相
接，可以节省第二导向件520的生产成本。
50.本发明的另一个方面提供一种水下维修装置，包括控制设备、压缩空气站和如上述实施例的沉箱，其中，压缩空气站与沉箱的箱体100连通，控制设备用于控制压缩空气站向沉箱的箱体100通入气体以及用于控制压紧机构向密封组件400施加压力，沉箱的箱体100还设置有与外界连通的通道1001。
51.由于采用上述实施例的沉箱，相应地具有如上述实施例的技术效果，此处不再赘述。
52.进一步的，在其中一个实施例中，如图4所示，压紧机构300包括推杆320、气源321、滤器三组件322、压力调节阀323、开关阀324、两位四通电磁换向阀326、调速阀327、同步阀328和放气口325，其中推杆320为气动推杆320，气源321、滤器三组件322、压力调节阀323和开关阀324依次连通，开关阀324与两位四通电磁换向阀326的a口连通，放气口325与两位四通换向阀的b口连通，推杆320的气缸的两端分别通过同步阀328和调速阀327与两位四通电磁换向阀326的c口和d口连通。压紧机构300的工作原理为：首先根据沉箱入水深度确定气动系统的工作压力，之后按系统压力的1.1倍设定压力调节阀323的释放压力。当控制设备控制推杆320伸出时，开关阀324打开，压缩空气经由压力调节阀323、两位四通电磁换向阀326的a口和c口进入推杆320的气缸，推杆320伸出，气缸内空气经两位四通电磁换向阀326的d-b排放至大气。
53.当压缩空气的压力达到压力调节阀323阈值时，压力调节阀323动作释放气体，当压力达到系统工作压力时，压力调节阀323停止动作。
54.通过调节调速阀327的开度，调节进入气缸组内的空气量，达到调速的作用。当各个推杆320的气缸升降速度确定时需锁定调速阀327，以免意外碰触导致气缸组升降速度变化。
55.同步阀328主要由多个节流阀组成，当控制设备监测到某个推杆320的气缸的下降速度较快时，向该节流阀发出指令，减小节流阀的开度，减少进入相应气缸内压缩空气量，减缓其下降速度，使其与其它气缸下降速度同步。反之亦然。当需要控制推杆320缩回时，控制设备控制开关阀324打开，压缩空气经由压力调节阀323、两位四通电磁换向阀326的a口和d口进入推杆320的气缸，推杆320回缩，气缸内空气经两位四通电磁换向阀326的c口和b口排放至大气。
56.在本实施例中，水下维修装置的工作过程为：沉箱沉入维修水域并进行配载固定后，控制设备控制压缩空气站向箱体100内部充压缩空气，排出箱体100内的积水；积水排干后保持箱体100内具有一定的正压；向推杆320供应压缩空气，推杆320伸出，带动压板310向密封组件400施加压力，使其与破损部位的周围接触压紧，阻挡水进入沉箱内；对箱体100进行密封性检查，若发现仍有水进入沉箱内，继续向执行装置加压，直至外部水流无法进入沉箱内为止；排空箱体100内的压缩空气，使其恢复至常压状态，人员可通过通道1001进入箱体100内对破损部位进行维修保养；维修保养工作结束，人员撤离，向推杆320反向供压缩空气，推杆320杆回缩，带动压板310及密封组件400上升与地面脱离，沉箱外的水进入沉箱内，控制设备将维修沉箱提起并移动至其它破损部位。
57.综上，内框200与开口的侧壁形成的容纳空间，可以设置密封组件400，有利于箱体100内部和破损部位之间形成密封空间，方便人员作业维修；密封组件400在压紧机构的作
用下可以贴合于破损部位上，以填充容纳空间与破损部位之间的间隙；通过调节设置在密封组件400上方的压紧机构300施加的压力大小，本发明可以调节密封组件400的密封效果，这使得本发明可以根据实际情况的需要调节密封效果，既可以避免密封效果差，也可以避免密封效果过好导致的沉箱移位困难的问题。
58.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。