专利名称：深水中吸力锚的安装设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种安装设备，特别是涉及一种深水中吸力锚的安装设备。
背景技术：
吸力锚技术是20世纪60年代提出来的，80年代初才开始在工程世纪中得到应用，由于吸力锚技术施工简单，并且能够回收重复使用的特点，备受人们的青睐，因此，国内各个研究和施工单位对吸力锚技术倍加重视。吸力锚其实就是一种刚性短桩，它的基本结构是一种上端封闭、下端开口的圆筒，并且在其顶部开有连接泵系统的泵接口，安装时，利用水压力将吸力锚锚筒压入水底的泥土内。吸力锚沉桩(吸力锚排水)的原理是吸力锚沉入水中，利用其自重产生一定贯入深度的初始入泥形成一个封闭系统；使用泵系统抽吸锚筒内的水，使锚筒内产生低于锚筒外的水压，利用锚筒顶内、外的负压差将锚筒压入泥中。吸力锚起桩(吸力锚注水)的原理是通过泵系统向锚筒内注水，利用锚筒顶内、夕卜的正压差将锚筒顶出泥面。吸力锚被广泛应用到许多海洋工程中，除了可以回收重复使用外，在技术和经济上具有显著的特点I)便于安装和运输；2)施工时间短，便于在海上比较恶劣的天气间隙施工；3)施工安装就位、位置度、水平度等比较容易精确调整，安装精度高；4)节省材料和制造成本低廉。 因此吸力锚技术是比较值得推广应用的技术。相对于传统的打桩技术而言，吸力锚的安装不需要打桩锤和浮吊，只需要泵等比较小巧的设备，是依靠负压静力安装，没有打桩施工的振动噪音等，因此吸力锚安装比较精确方便。在深海区域，吸力锚可以作为深海采油的主力军一张力腿平台(TLP)、Spar平台和浮式生产储油装置(FPSO)的系泊基础，由于吸力锚具有安装方便，易回收，易调整，具有很好的横向和竖向的承载力而备受青睐；在深水，特别是安装施工及设备方面，还处于研究阶段。吸力锚安装的贯入力主要是由潜水泵产生的负压来形成的，潜水泵由潜水电机或是液压马达等动力设备驱动，在进入深水区域后，对安装施工带来的最大的困难就是由水深带来的压力对设备特别是动力设备的影响。现在在国外深水中吸力锚安装方面已经比较成熟，其产生贯入力的泵的驱动力使用深水潜水电机，潜水深度达到4000米，采用的是高压输电，电压高达3300V，电机输电系统在水面施工船上，利用水密电缆向水下输电。目前潜水泵的驱动方式主要有潜水电机和液压马达，我国在潜水电机设计制造方面，理论上的潜水深度在70米，基本上适合在渤海等浅水领域内，另一种方式是以液压马达为驱动动力的泵，马达最深在200米水深有过使用案例，在理论上，需要对马达做些特殊处理，一是防锈防腐处理、二是液压马达的内外压的处理，马达的泄油管的最大内腔压力O.1MPa，特殊设计最大3-5MPa，至于到1500米水深以上，没有使用的工程案例。我国现阶段两种常用的采用潜水电机或液压马达这些动力设备都不太适合在深水区域内进行吸力锚安装施工。
实用新型内容鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种深水中吸力锚的安装设备，彻底解决了在深水吸力锚施工中水下动力设备(潜水电机或液压马达)对水深的限制，使深水中吸力锚安装能够顺利地进行。为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种深水中吸力锚的安装设备，所述吸力锚锚筒上设有泵接口，其包括以下部件喷射泵，所述喷射泵上设有第一入口、第二入口和出口 ；高压管，所述高压管的一端与第一入口连通，所述高压管的另一端通高压水或高压气；第一三通换向阀，所述第一三通换向阀的第一阀口与第二入口连通，第一三通换向阀的第二阀口与海水相通；三通接头，所述三通接头的第一接口与第一三通换向阀的第三阀口连通；所述三通接头的第二接口与泵接口连通；第二三通换向阀，所述第二三通换向阀的第一阀口与三通接头的第三接口连通，所述第二三通换向阀的第二阀口与喷射泵的出口连通，所述第二三通换向阀的第三阀口与海水相通。优选地，所述安装设备还包括一密闭的耐压容器，所述耐压容器内部形成干燥的环境，所述耐压容器内设有用于测量吸力锚倾斜度的倾角仪、用于测量吸力锚方位角的电罗经、用于测量吸力锚锚筒内压力的筒内压力传感器、用于测量吸力锚锚筒外压力的筒外压力传感器，所述倾角仪、电罗经、筒内压力传感器、筒外压力传感器均通过信号缆与一计算机相连，所述计算机位于施工船上。进一步地，所述安装设备安装在撬内，所述三通接头的第二接口穿过撬底面后和泵接口连通，所述撬通过第一支腿支撑在吸力锚锚筒上。更进一步地，所述第一三通换向阀和第二三通换向阀通过一液压系统驱动。更进一步地，所述液压系统包括液压泵站、液压分路阀块、两个电磁换向阀、两个液压锁、第一液压油缸、第二液压油缸、进油管和回油管，其中第一三通换向阀和第一液压油缸相连，第二三通换向阀和第二液压油缸相连，所述液压泵站位于施工船上，所述进油管、回油管分别从液压泵站出来后通过液压分路阀块分成两路进油管、两路回油管，其中一路进油管和一路回油管依次经一个电磁换向阀、一个液压锁后接第一液压油缸，另一路进油管和另一路回油管依次经另一个电磁换向阀、另一个液压锁后接第二液压油缸，所述液压分路阀块、两个电磁换向阀和两个液压锁均位于耐压容器内，所述第一液压油缸和第二液压油缸均位于撬内。更进一步地，所述高压管、进油管、回油管和信号缆采用耐磨的脐带包装捆扎。[0029]优选地，所述高压管的另一端与高压水泵或高压空气压缩机相连，所述高压水泵或高压空气压缩机位于施工船上，所述高压水泵向高压管内输送高压水，所述高压空气压缩机向高压管内输送高压空气。如上所述，本实用新型深水中吸力锚的安装设备中，喷射泵相当于一段管路，无运动元件，动力来源于高压空气或高压水，只需要从水面的施工船通过高压管向水下的喷射泵注高压水或高压气，彻底解决了在深水吸力锚施工中水下动力设备(潜水电机或液压马达)对水深的限制，使深水中吸力锚安装能够顺利地进行，施工风险小，安全可靠性高，而且该安装设备能够重复使用，节省了费用。
图1显示为本实用新型深水中吸力锚安装设备的示意图。图2显示为本实用新型深水中吸力锚安装设备在吸力锚沉桩(吸力锚排水状态)的 原理示意图。 图3显示为本实用新型深水中吸力锚安装设备中吸力锚起桩(吸力锚注水状态)的原理示意图。图4显示为本实用新型深水中吸力锚沉桩的施工示意图。图5显示为本实用新型深水中吸力锚起桩的施工示意图。图6显示为本实用新型中深水中吸力锚安装设备中水上水下部分的信号采集传输的流程图。图中标号说明I喷射泵11第一入口12 第二入口13 出口2高压管3第一三通换向阀31第一三通换向阀的第一阀口 32第一三通换向阀的第二阀口33第一三通换向阀的第三阀口 4三通接头41三通接头的第一接口42三通接头的第二接口43三通接头的第三接口5第二三通换向阀51第二三通换向阀的第一阀口 52第二三通换向阀的第二阀口53第二三通换向阀的第三阀口 6吸力锚61泵接口7耐压容器8撬9计算机10施工船14锚链15 浮筒16 水下 ROV17脐带18第一支腿19第二支腿20第三支腿
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。[0054]请参阅图1至图6。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。如图1所示的深水中吸力锚的安装设备，包括喷射泵1，喷射泵I上设有第一入口11、第二入口 12和出口 13 ;高压管2，高压管2的一端与第一入口 11连通，高压管2的另一端通高压水或高压气，具体地，高压管的另一端与高压水泵或高压空气压缩机相连，高压水泵或高压空气压缩机位于施工船上，高压水泵向高压管内输送高压水，高压空气压缩机向高压管内输送高压空气；第一三通换向阀3,第一三通换向阀的第一阀口 31与第二入口 12连通，第一三通换向阀的第二阀口 32与海水相通；三通接头4，三通接头4的第一接口 41与第一三通换向阀3的第三阀口 33连通；吸力锚6锚筒上设有泵接口 61，三通接头4的第二接口 42与泵接口 61连通；第二三通换向阀5，第二三通换向阀的第一阀口 51与三通接头4的第三接口 43连通，第二三通换向阀的第二阀口 52与喷射泵I的出口 13连通，第二三通换向阀的第三阀口 53与海水相通。该安装设备还包括一密闭的耐压容器7，耐压容器7内部形成干燥的环境，如图6所示，耐压容器7内设有用于测量吸力锚倾斜度的倾角仪、用于测量吸力锚方位角的电罗经、用于测量吸力锚锚筒内压力的筒内压力传感器、用于测量吸力锚锚筒外压力的筒外压力传感器，倾角仪、电罗经、筒内压力传感器、筒外压力传感器全部位于密封的耐压容器中，耐压容器内保持干燥的环境，耐压容器的承压能力要大于水深压力，来保证这些装置在深水的环境下能够正常工作，倾角仪、电罗经、筒内压力传感器、筒外压力传感器均通过信号缆与一计算机9相连，计算机9位于施工船10上，如4所示。如图1所示，本实用新型的安装设备安装在撬8 (撬装安装，整组安装设备是裸露的，撬的上端开口)内，三通接头的第二接口 42穿过撬8底面后和泵接口 61连通，撬8通过第一支腿18支撑在吸力锚6锚筒上，其中三通接头4通过第二支腿19支撑在撬8内表面上，第二三通换向阀3通过第三支腿20支撑在撬8内表面上。其中，第一三通换向阀3和第二三通换向阀5通过一液压系统驱动，该液压系统包括液压泵站、液压分路阀块、两个电磁换向阀、两个液压锁、第一液压油缸、第二液压油缸、进油管和回油管，其中第一三通换向阀3和第一液压油缸相连，第二三通换向阀5第二液压油缸相连，所述液压泵站位于施工船10上，进油管、回油管分别从液压泵站出来后通过液压分路阀块分成两路进油管、两路回油管，其中一路进油管和一路回油管依次经一个电磁换向阀、一个液压锁后接第一液压油缸，另一路进油管和另一路回油管依次经另一个电磁换向阀、另一个液压锁后接第二液压油缸，液压分路阀块、两个电磁换向阀和两个液压锁均位于耐压容器内，第一液压油缸和第二液压油缸均位于撬内，也就是说，第一液压油缸作为第一三通换向阀3的开关，控制第一三通换向阀3各个阀路的通断，第二液压油缸作为第二三通换向阀5的开关，控制第二三通换向阀5各个阀路的通断。其中，高压管2、进油管、回油管和信号缆采用耐磨的脐带17包装捆扎脐带，脐带的外表面采用钢丝或高强度缆绳绑扎，该脐带17—端伸入水中，另一端延伸至施工船上，如图4所示。本实用新型的深水中吸力锚的安装方法包括以下步骤A.将深水中吸力锚的安装设备与吸力锚6连接，并将一锚链14的一端系在吸力锚上，锚链14的另一端系在一浮筒15，浮筒15漂浮在水面上，吸力锚6锚筒上设有泵接口61，深水中吸力锚的安装设备包括喷射泵1、高压管2、第一三通换向阀3、第二三通换向阀5和三通接头4，喷射泵I上设有第一入口 11、第二入口 12和出口 13，高压管2的一端与第一入口 11连通，高压管2的另一端通高压水或高压气，具体为高压管2的另一端与高压水泵或高压空气压缩机相连，高压水泵或高压空气压缩机位于施工船10上，高压水泵向高压管内输送高压水，高压空气压缩机向高压管内输送高压空气，第一三通换向阀的第一阀口 31与第二入口 12连通，第一三通换向阀的第二阀口 32与海水相通，第一三通换向阀的第三阀口 33与三通接头的第一接口 41连通，三通接头的第二接口 42与泵接口 61连通，三通接头的第三接口 43与第二三通换向阀的第一阀口 51连通，第二三通换向阀的第二阀口 52与喷射泵的出口 13连通，第二三通换向阀的第三阀口 53与海水相通；该安装设备还包括一密闭的耐压容器7，耐压容器7内部形成干燥的环境，耐压容器7内设有用于测量吸力锚倾斜度的倾角仪、用于测量吸力锚方位角的电罗经、用于测量吸力锚锚筒内压力的筒内压力传感器、用于测量吸力锚锚筒外压力的筒外压力传感器，所述倾角仪、电罗经、筒内压力传感器、筒外压力传感器均通过信号缆与一计算机9相连，计算机9位于施工船10上，以上安装设备安装在撬内，三通接头的第二接口 42穿过撬8底面后和泵接口 61连通，撬8通过第一支腿18支撑在吸力锚锚筒上；B.将撬8和吸力锚6安装连接好后一起吊装到水中；C.利用水下ROV对深水中吸力锚的位置辅助定位，使得吸力锚到达水中指定位置；D.吸力锚沉桩吸力锚到达水中指定位置后，第一三通换向阀的第一阀口 31和第三阀口 33连通，第二阀口 32关闭，第二三通换向阀的第二阀口 52和第三阀口 53连通，第一阀口 51关闭，同时高压水泵或高压空气压缩机通过高压管2向喷射泵的第一入口 11注入高压水或高压气，带动喷射泵I抽吸吸力锚6锚筒内的水，使得吸力锚6锚筒内的水从泵接口 61出来、依次经三通接头的第二接口 42、三通接头的第一接口 41、第一三通换向阀的第三接口 33、第一三通换向阀的第一接口 31、吸力锚的第二入口 12、吸力锚的出口 13，然后从第二三通换向阀的第三出口 53出来，使得吸力锚6被压入泥中，锚筒内海水的走向路径如图2中实心箭头所不，闻压水或闻压气的流向如图2中空心箭头所不；E.在吸力锚沉桩过程中，利用倾角仪实时监测吸力锚的倾斜度、利用筒内压力传感器和筒外压力传感器实时监测吸力锚的入泥深度(先获得筒内、筒外压力进而换算获得吸力锚的入泥深度IFw-FwJ = P gh)、利用电罗经实时监测吸力锚的方位角，将倾斜度、入泥深度和方位角信息通过信号缆传输经信号接口接收转换后进入到计算机9内，计算机9根据这些信息判断吸力锚6沉桩是否符合设计要求，符合要求转到步骤F，不符合设计要求转到步骤G ；F.将锚链14的另一端从浮筒15上解下来连接到水上固定建筑物上；G.吸力锚起桩第一三通换向阀的第一阀口 31和第二阀口 32连通，第三阀口 33关闭，第二三通换向阀的第一阀口 51和第二阀口 52连通，第三阀口 53关闭，同时高压水泵或高压空气压缩机通过高压管2向喷射泵的第一入口 11注入高压水或高压气，带动喷射泵I向吸力锚6锚筒内注水，使得海水从第一三通换向阀的第二阀口 32进入，依次经第一三通换向阀的第一阀口 31、喷射泵的第二入口 12、喷射泵的出口 13、第二三通换向阀的第二阀52 口、第二三通换向阀的第一阀口 51、三通接头的第三接口 43、三通接头的第二接口 42，然后从泵接口 61进入吸力锚6锚筒内，吸力锚锚筒内外形成正压，使得吸力锚6锚筒顶出泥面，然后回到步骤D，在该步骤中，海水的走向路径如图3中实心箭头所示，高压水或高压气的流向如图3中空心箭头所不。以上步骤中，吸力锚起桩的作用主要调整吸力锚的安装参数，当然回收吸力锚时也需要起桩；并且，通过水面施工船10可以调整高压水泵或高压空气压缩机的流量和压力，以调节水下喷射泵6的流量和压力，进而调节吸力锚安装的速度。本实用新型的深水中吸力锚的安装设备，喷射泵相当于一段管路，无运动元件，动力来源于高压空气或高压水，只需要从水面的施工船通过高压管向水下的喷射泵注高压水或高压气，喷射泵就可以抽吸携带泥沙的海水，配带的第一三通换向阀和第二三通换向阀也可以实现注水和排水的切换，满足吸力锚的沉桩(贯入)和起桩(顶升)要求，并且为了方便吊装和保护吸力锚安装设备，将吸力锚安装设备都安装在一个撬内，撬的底部安装第一支腿，保证安装设备能够平稳地放在吸力锚上，与吸力锚一同吊装下水，施工船上的计算机可以控制水下的施工情况，利用水下ROV的定位系统测量与调整吸力锚的方位坐标，便于吸力锚快速到达指定的沉桩位置。施工人员通过控制电脑的界面进行施工操作，施工船上的计算机如笔记本电脑获取吸力锚的位置度(水下ROV)，倾斜度，入泥深度，方位角等信息，再经过电脑内资料处理软件实现参数的处理、显示和存储记录，这些软件应包括实测数据、以及实测值对应的曲线、显示随时间、位移、压力变化，利用软件可随时进行数据修改与调整，直观方便。操作人员可在计算机屏幕上及时了解吸力锚安装设备的工作状况，还可对运行状态进行全方位监控。在安装施工阶段，为了使吸力锚上的锚链等能够在锚筒安装在海底后，另一端能够漂浮在水面上，在安装前将系缆锚链的另一端与浮筒相连，等吸力锚安装好后再将系缆锚链从浮筒上解下来连接到海上建筑物上。本实用新型中，三通接头的第二接口 42与吸力锚的泵接口 61之间的对接，是通过可以自动解脱和连接的液压爪型夹紧机构，施工完毕后可以通过液压系统控制回收吸力锚安装设备。在吸力锚安装过程中，只要吸力锚在水下达到初始入泥条件(吸力锚依靠自重或者配重，进入海底泥面约1.5-2米左右，形成初始入泥条件)，使锚筒内形成密封要求，然后让锚筒内外产生负压，就能达到安装的目的，并且，本实用新型的安装设备中，在靠近三通接头的第三接口 42处可以分出多条管路，每条管路出口与一个吸力锚的泵接口相连，于是采用一台这样的安装设备，可以同时实现多个吸力锚的安装。综上所述，本实用新型中的深水中水吸力锚的安装设备可以适应任何水深的水域内吸力锚的安装，在考虑到高压管(通高压水或高压气)的强度、重量和长度限制的情况下，如采用钢丝编织高压管，其耐高压，重量轻，或者绑缚高强度缆绳等措施，这种深水吸力锚安装设备适应的水深达到1500米以上,彻底解决了在深水吸力锚施工中水下动力设备(潜水电机或液压马达)对水深的限制，而且节省施工成本，降低施工风险，能够重复使用，适合任何水深，对吸力锚技术在海洋工程中的推广有着重大意义。
权利要求1.一种深水中吸力锚的安装设备，所述吸力锚锚筒上设有泵接口，其特征在于，包括以下部件喷射泵，所述喷射泵上设有第一入口、第二入口和出口 ；高压管，所述高压管的一端与第一入口连通，所述高压管的另一端通高压水或高压气;第一三通换向阀，所述第一三通换向阀的第一阀口与第二入口连通，所述第一三通换向阀的第二阀口与海水相通；三通接头，所述三通接头的第一接口与第一三通换向阀的第三阀口连通；所述三通接头的第二接口与泵接口连通；第二三通换向阀，所述第二三通换向阀的第一阀口与三通接头的第三接口连通，所述第二三通换向阀的第二阀口与喷射泵的出口连通，所述第二三通换向阀的第三阀口与海水相通。
2.根据权利要求1所述的深水中吸力锚的安装设备，其特征在于，所述安装设备还包括一密闭的耐压容器，所述耐压容器内部形成干燥的环境，所述耐压容器内设有用于测量吸力锚倾斜度的倾角仪、用于测量吸力锚方位角的电罗经、用于测量吸力锚锚筒内压力的筒内压力传感器、用于测量吸力锚锚筒外压力的筒外压力传感器，所述倾角仪、电罗经、筒内压力传感器、筒外压力传感器均通过信号缆与一计算机相连，所述计算机位于施工船上。
3.根据权利要求2所述的深水中吸力锚的安装设备，其特征在于，所述安装设备安装在撬内，所述三通接头的第二接口穿过撬底面后和泵接口连通，所述撬通过第一支腿支撑在吸力锚锚筒上。
4.根据权利要求3所述的深水中吸力锚的安装设备，其特征在于，所述第一三通换向阀和第二三通换向阀通过一液压系统驱动。
5.根据权利要求4所述的深水中吸力锚的安装设备，其特征在于，所述液压系统包括液压泵站、液压分路阀块、两个电磁换向阀、两个液压锁、第一液压油缸、第二液压油缸、进油管和回油管，其中第一三通换向阀和第一液压油缸相连，第二三通换向阀和第二液压油缸相连，所述液压泵站位于施工船上，所述进油管、回油管分别从液压泵站出来后通过液压分路阀块分成两路进油管、两路回油管，其中一路进油管和一路回油管依次经一个电磁换向阀、一个液压锁后接第一液压油缸，另一路进油管和另一路回油管依次经另一个电磁换向阀、另一个液压锁后接第二液压油缸，所述液压分路阀块、两个电磁换向阀和两个液压锁均位于耐压容器内，所述第一液压油缸和第二液压油缸均位于撬内。
6.根据权利要求5所述的深水中吸力锚的安装设备，其特征在于，所述高压管、进油管、回油管和信号缆采用耐磨的脐带包装捆扎。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的深水中吸力锚的安装设备，其特征在于，所述高压管的另一端与高压水泵或高压空气压缩机相连，所述高压水泵或高压空气压缩机位于施工船上，所述高压水泵向高压管内输送高压水，所述高压空气压缩机向高压管内输送高压空气。
专利摘要本实用新型提供一种深水中吸力锚的安装设备，所述吸力锚锚筒上设有泵接口，所述吸力锚的安装设备包括喷射泵、高压管、第一三通换向阀、第二三通换向阀和三通接头，喷射泵相当于一段管路，无运动元件，动力来源于高压空气或高压水，只需要从水面的施工船通过高压管向水下的喷射泵注高压水或高压气，彻底解决了在深水吸力锚施工中水下动力设备(潜水电机或液压马达)对水深的限制，使深水中吸力锚安装能够顺利地进行，施工风险小，安全可靠性高，而且该安装设备能够重复使用，节省了费用。
文档编号B63B21/27GK202828007SQ20122043952
公开日2013年3月27日 申请日期2012年8月30日 优先权日2012年8月30日
发明者刘爱永, 范会渠, 张维磋, 唐 谦 申请人:上海利策科技股份有限公司