专利名称：沉箱运输/沉浮安装操作过程中的附稳装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及沉箱运输、安装技术应用的改进，具体讲是一种沉箱运输/沉浮安装操作过程中的附稳装置，其属于船舶工程，港口工程和海洋工程技术领域。
背景技术：
现有技术中，随着深水码头建设的迅猛发展，例如，有一种典型的高大沉箱，其自重在2250吨，尺寸(直径×高)为φ14.1×26.7米。这样高大尺寸沉箱的运输、安装越来越广泛地应用于深水码头的建设中。此类沉箱的重心较高，这样的沉箱在水中的自身稳定性不足，稳定吃水较大。因此，此类沉箱采用直接拖运方式困难较大，故现有技术已发展为用浮船坞或半潜驳运输。然而，采用浮船坞或半潜驳运输同样遇到沉箱沉深、吃水、稳性等问题。为解决此类难题，现有技术只能再加大浮船坞或半潜驳的尺寸和吨位。这样势必增大沉箱运输、沉浮安装的成本，而且在技术上也增加了技术难度。
发明内容
本发明的目的是要克服上述现有技术的不足，提供一种沉箱运输/沉浮安装操作过程中的附稳装置，以降低沉箱运输、沉浮安装成本，以满足沉箱拖运稳性和沉浮稳性；使得在采用较小的浮船坞或半潜驳运送高大尺寸沉箱时，使用本发明的装置可降低浮船坞、半潜驳的沉深，从而减小浮船坞、半潜驳的主尺度，降低整体工程的建造成本。当然，该附稳装置也可是与沉箱一起自行独立拖运而无须浮船坞或半潜驳载运。
本发明的目的是由以下技术方案实现的，研制了一种沉箱运输/沉浮安装操作过程中的附稳装置。该装置依附于沉箱周边的水线面上、下，其包括至少两个以上的浮力主体，连接两个以上浮力主体之间的连接件，从而构成水线面惯性矩，横稳性半径较原沉箱增值的沉箱附稳装置。
所述的浮力主体，其依附于沉箱周边的依附关系是，该浮力主体与沉箱之间有0-220mm的间隙，该浮力主体及其连接件为独立浮体，其不为沉箱提供浮力且与沉箱之间有间隙，该浮体可随水位沿沉箱轴向方向上下滑移，该附稳装置的吃水状况保持不变，但因该附稳装置始终处在该沉箱外围，从而限制该沉箱因其重心不稳而摇摆倾斜的幅度，该沉箱摇摆倾斜的幅度就是0-220mm。
一种沉箱运输/沉浮安装操作过程中的附稳装置。该装置依附于沉箱周边的水线面上、下，其包括至少两个以上的浮力主体，连接两个以上浮力主体之间的连接件，连接沉箱与浮力主体之间的浮力传递件，从而构成水线面惯性矩，横稳性半径和浮心高度较原沉箱增值的沉箱附稳装置。
一种沉箱运输/沉浮安装操作过程中的附稳装置。该装置依附于沉箱周边的水线面上、下，其包括至少两个以上的浮力主体，连接两浮力主体之间的连接件，连接沉箱与浮力主体之间的浮力传递件，设置在该浮力主体上的水泵或压缩空气的浮力增减机构，从而构成水线面惯性矩，横稳性半径和浮心高度较原沉箱增值的沉箱附稳装置。
所述的浮力主体，其或为提供浮力的空腔球体，或为提供浮力的空腔圆柱体，或为提供浮力的空腔棱柱体，或为提供浮力的空腔长方体或立方体；其或为提供浮力的钢质或木质结构前述形状的空腔体，或为提供浮力的高分子尼龙材料质或玻璃钢制结构前述形状的空腔或实腔体。
所述的浮力主体，其依附于沉箱周边的连接关系是，该浮力主体与沉箱之间采用无间隙紧密连接，即该浮力主体通过连接件紧密地固定在沉箱周边。
所述的浮力主体，其依附于沉箱周边的连接关系是，该浮力主体与沉箱之间采用自升沉式有间隙非紧密连接，即该浮力主体通过浮力传递件连接在沉箱周边；该浮力主体与沉箱之间的间隙为0-220mm。
所述的连接两浮力主体之间的连接件，其或为钢质或木质结构的刚性连接件，或为钢索或高分子尼龙绳索的柔性连接件。
所述的连接沉箱与浮力主体之间的浮力传递件，其或为钢质或木质结构的刚性连接件，或为钢索或高分子尼龙绳索的柔性连接件。
本发明的优点在于由于本发明的附稳装置依附于沉箱周边的水线面上、下，其包括至少两个以上的浮力主体，连接两个以上浮力主体之间的连接件，所以构成了水线面惯性矩，横稳性半径较原沉箱增值的沉箱附稳装置。这是由于沉箱的附稳装置所依据的设计基本原理是，根据沉箱工程计算原理沉箱自身初稳性高度ho＝Ro+Zco-Zgo＝Io/Vo+Zco-Zgo；沉箱增设附稳装置后的初稳性高度h＝(I0+ΔI)/(V0+ΔV)+(Zco·V0+Zco·ΔV)/(V0+ΔV)-(Zgo·W0+Zgo·ΔW)/(W0+ΔW)≥0.20m；h≥0.20m该值是指沉箱漂浮或运送时保证安全、稳定所要求的最小初稳性高度值；沉箱增设附稳装置后初稳性高度增加值Δh＝h-h0式中Ro为沉箱稳心半径；Zco为沉箱浮心垂向坐标；Zgo为沉箱重心垂向坐标；Io为沉箱水线面惯性矩；Vo为沉箱排水体积；W0为沉箱重量；ΔI为附稳装置水线面惯性矩增量，ΔI＝IΔ0+AΔ0×r2，其中，IΔ0为附稳装置自身水线面惯性矩AΔ0为新增附体的面积，r为水线面形心距惯性轴的距离；ΔV为附稳装置排水体积增量；ΔWo为附稳装置重量。
所述的浮力主体，其依附于沉箱周边的依附关系是，该浮力主体与沉箱之间有0-220mm的间隙，该浮力主体及其连接件为独立浮体，其不为沉箱提供浮力且与沉箱之间有间隙，该浮体可随水位沿沉箱轴向方向上下滑移，该附稳装置的吃水状况保持不变，但因该附稳装置始终处在该沉箱上部外围，从而可以限制该沉箱因其重心不稳而摇摆倾斜的幅度，该沉箱摇摆倾斜的幅度就是0-220mm。
由于本发明的一种沉箱运输/沉浮安装操作过程中的附稳装置是依附于沉箱周边的水线面上、下，其包括至少两个以上的浮力主体，连接两个以上浮力主体之间的连接件，连接沉箱与浮力主体之间的浮力传递件，从而构成水线面惯性矩，横稳性半径和浮心高度较原沉箱增值的沉箱附稳装置。该附稳装置既能增加沉箱的稳性高度，又能为沉箱提供一定浮力以减少运载沉箱浮船坞或半潜驳的下沉深度。
由于本发明的另一种沉箱运输/沉浮安装操作过程中的附稳装置也是依附于沉箱周边的水线面上、下，其包括至少两个以上的浮力主体，连接两浮力主体之间的连接件，连接沉箱与浮力主体之间的浮力传递件，设置在浮力主体上的水泵或压缩空气的浮力减增机构，从而构成水线面惯性矩，横稳性半径和浮心高度较原沉箱增值的沉箱附稳装置。该附稳装置既能增加沉箱的稳性高度，又能为沉箱提供一定浮力以减少运载沉箱的浮船坞或半潜驳的下沉深度。使用本发明的附稳装置能够降低浮船坞、半潜驳的沉深，从而减小浮船坞、半潜驳的主尺度，降低整体工程的建造成本。当然，上述两种形式的附稳装置可以结合用于同一沉箱，即自升沉式和固定式的附稳装置可用于同一沉箱的不同沉浮阶段。
由于本发明的所设计的浮力主体，其或为提供浮力的空腔球体，或为提供浮力的空腔圆柱体，或为提供浮力的空腔棱柱体，或为提供浮力的空腔长方体或立方体；其或为提供浮力的钢质或木质结构前述形状的空腔体，或为提供浮力的高分子尼龙材料质或玻璃钢制结构前述形状的空腔或实腔体。该浮力主体，其依附于沉箱周边的连接关系是，该浮力主体与沉箱之间采用无间隙紧密连接，即该浮力主体通过连接件紧密地固定在沉箱周边。再由于本发明的所设计的连接两浮力主体之间的连接件，其或为钢质或木质结构的刚性连接件，或为钢索或高分子尼龙绳索的柔性连接件。所设计的连接沉箱与浮力主体之间的浮力传递件，其或为钢质或木质结构的刚性连接件，或为钢索或高分子尼龙绳索的柔性连接件。这些构件都是结构简单，使用方便的构件，而且可以多次重复使用，这样就大大降低了沉箱运输/沉浮安装操作过程中的建造成本，而且技术上也是可行的。
图1为本附稳装置与沉箱装载在浮船坞上的结构俯视图(浮力主体是空腔长方体)。
图2为本附稳装置与沉箱装载在浮船坞上的结构俯视图(浮力主体是空腔圆柱体)。
图3为本附稳装置与沉箱装载在浮船坞上的结构俯视图(沉箱是长方体)。
图4为图1的结构主视图(浮力主体是空腔长方体)。
图5为图2的结构主视图(浮力主体是空腔圆柱体)。
图6为本附稳装置与沉箱脱离浮船坞的结构主视图。
图7为本附稳装置与沉箱和浮船坞同时下沉于施工水域的结构主视图(浮力传递件为钢索)。
图8为本附稳装置与沉箱脱离浮船坞的结构主视图(浮力传递件为高分子尼龙绳索)。
图9为本附稳装置与沉箱脱离的结构示意图。
具体实施例方式
本发明的实施例结合附图进一步说明如下制成的一种自重在2250吨，尺寸(直径×高)为φ14.1×26.7米的沉箱2的运输/沉浮安装操作过程中的附稳装置。该装置依附于沉箱2周边的水线面上、下，其包括四个浮力主体3，其3尺寸(长×宽×高)为5.2×5.2×2.5米；连接两浮力主体3之间的连接件4；从而构成水线面惯性矩，横稳性半径较原沉箱增值的沉箱附稳装置，如图1-6所示。该沉箱的水线面惯性矩和横稳性半径较原沉箱增值的数据结果，经测量计算沉箱对中和轴的水线面惯性矩为I0＝1940m4；附稳装置对中和轴的水线面惯性矩为ΔI＝IΔ0+AΔ0×r2＝5272m4。
该附稳装置是一种自升沉式的附稳装置，如图1所示。所述的浮力主体3，其依附于沉箱2周边的依附关系是，该浮力主体3与沉箱2之间有0-220mm的间隙，该浮力主体3及其连接件4为独立浮体3-4，其不为沉箱2提供浮力且与沉箱1之间有间隙，该浮体3-4可随水位沿沉箱1轴向方向上下滑移，该附稳装置的吃水状况保持不变，但因该附稳装置始终处在该沉箱2上部外围，从而限制该沉箱1因其重心不稳而摇摆倾斜的幅度，该沉箱2摇摆倾斜的幅度就是0-220mm。
制成的另一种沉箱运输/沉浮安装操作过程中的附稳装置。该装置依附于沉箱2周边的水线面上、下，其包括至少两个以上的浮力主体3，连接两浮力主体3之间的连接件4，连接沉箱2与浮力主体3之间的浮力传递件7，从而构成水线面惯性矩，横稳性半径和浮心高度较原沉箱增值的沉箱附稳装置，如图7，图8所示。
制成的另一种沉箱运输/沉浮安装操作过程中的附稳装置。该装置依附于沉箱2周边的水线面上、下，其包括至少两个以上的浮力主体3，连接两浮力主体3之间的连接件4，连接沉箱2与浮力主体3之间的浮力传递件7，设置在沉箱2或浮力主体3上的水泵或压缩空气的浮力减增机构(图中未画出)，从而构成水线面惯性矩，横稳性半径和浮心高度较原沉箱增值的沉箱附稳装置。该沉箱的水线面惯性矩和横稳性半径较原沉箱增值的数据结果，经测量计算该附稳装置对中和轴的水线面惯性矩为ΔI＝IΔ0+AΔ0×r2＝5272m4，横稳性半径较原沉箱增值分别为，R＝2.298m；浮心高度较原沉箱为，Zc＝0.28m；初稳性高增加值为，Δh＝2.338m。
上述两种附稳装置是一种半固定升沉式的附稳装置，其与沉箱2通过连接件4紧密相连。沉箱2下沉至最小稳心高度前，该附稳装置同沉箱2保持相对固定，其吃水随沉箱2升降变化而变化。当沉箱2下沉至沉箱2自身产生的浮力等于沉箱2重量时，该附稳装置与沉箱2间可采用无间隙紧密连接，(也可以采用自升沉式的有间隙非紧密连接)。当该附稳装置与沉箱2下沉到一定深度后，可以将连接件4打开松动该连接件4，使得该附稳装置与沉箱2之间改为有间隙非紧密连接。这样该附稳装置可随水位沿沉箱2垂直方向上下滑移，其吃水保持不变。
本发明所述的浮力主体3，其或为提供浮力的空腔球体(图中未画出)，或为提供浮力的空腔圆柱体，如图2，图4所示；或为提供浮力的空腔棱柱体(图中未画出)，或为提供浮力的空腔长方体或立方体，如图1所示；其或为提供浮力的钢质或木质结构前述形状的空腔体，或为提供浮力的高分子尼龙材料质或玻璃钢制结构前述形状的空腔或实腔体。
所述的浮力主体3，其依附于沉箱2周边的连接关系是，该浮力主体3与沉箱2之间采用无间隙紧密连接，即该浮力主体3通过连接件4紧密地固定在沉箱2周边，该连接件4还有是可拆连接的连接件5，如图1-3所示。
所述的浮力主体3，其依附于沉箱2周边的连接关系是，该浮力主体3与沉箱2之间采用自升沉式有间隙非紧密连接，即该浮力主体3通过浮力传递件7连接在沉箱2周边；该浮力主体3与沉箱2之间的间隙为0-220mm，如图7，图8所示。
所述的连接两浮力主体3之间的连接件4，其或为钢质或木质结构的刚性连接件，如工字钢螺栓连接的或花篮式螺栓(图中未画出)连接的连接件4；或为带有“U”形螺栓接头(图中未画出)的钢索或高分子尼龙绳索的柔性连接件4。
所述的连接沉箱2与浮力主体3之间的浮力传递件7。该浮力传递件7可以起导向、防撞、力传递作用。如由螺栓与钢板、型钢等，或木质、橡胶、尼龙等材料组合而成的导向力传递连接件6；或为带有“U”形螺栓接头(图中未画出)的钢索或高分子尼龙绳索的柔性连接件7。
本发明的自升沉式的附稳装置主要应用操作程序如下(1)沉箱2移至浮船坞1或半潜驳上安装定位；(2)浮船坞1或半潜驳载着沉箱被拖到预定海域后下沉，该附稳装置随水位变化沿沉箱2向上滑移(该附稳装置也可在浮船坞1下沉到某一吃水时，漂浮状态下安装)；(3)浮船坞1或半潜驳下沉至沉箱2漂浮吃水，该附稳装置也随之滑移至漂浮水位；(4)将沉箱2与该附稳装置一起拖离浮船坞1或半潜驳；(5)在该附稳装置的保护下，沉箱2灌水下沉至沉箱2自浮稳定吃水状态；(6)拆除该附稳装置如图9所示，将其拖离施工现场，进入下一次工作循环；(7)该附稳装置也可设计成与沉箱一起自行独立拖运而无须浮船坞1或半潜驳载运。
本发明的半固定升沉式的附稳装置主要应用操作程序如下(1)将沉箱2移至浮船坞1或半潜驳上安装定位，也可在水中安装定位；(2)将该附稳装置与沉箱2随浮船坞1或半潜驳被拖到预定海域后下沉至沉箱2漂浮吃水；(3)将沉箱2与附稳装置一起拖离浮船坞1；(4)将该附稳装置内灌水下沉至沉箱2及该附稳装置整体稳定吃水，(该附稳装置内的灌水量等于该附稳装置为沉箱2提供的浮力量)；(5)打开该附稳装置与沉箱2之间的浮力传递件7。
(6)松动可拆连接件5使附稳装置与沉箱2产生一定间隙。
(7)将沉箱2灌水(或将固连状态的沉箱2和该附稳装置的浮力主体3同时灌水)下沉至沉箱2自稳状态。
(8)脱开该附稳装置如图9所示，将该附稳装置拖离施工现场，该附稳装置的浮力主体3排水至自浮至稳定状态；再进入下一次工作循环。
(9)该附稳装置也可设计成与沉箱一起自行拖运而无须浮船坞1或半潜驳载运。
本领域的普通技术人员都会理解，在本发明的保护范围内，对于上述实施例进行修改，添加和替换都是可能的，其都没有超出本发明的保护范围。
权利要求
1.一种沉箱运输/沉浮安装操作过程中的附稳装置，其特征在于该装置依附于沉箱周边的水线面上、下，其包括至少两个以上的浮力主体，连接两浮力主体之间的连接件，从而构成水线面惯性矩，横稳性半径较原沉箱增值的沉箱附稳装置。
2.根据权利要求1所述沉箱运输/沉浮安装操作过程中的附稳装置，其特征在于所述的浮力主体，其依附于沉箱周边的依附关系是，该浮力主体与沉箱之间有0-220mm的间隙，该浮力主体及其连接件为独立浮体，其不为沉箱提供浮力且与沉箱之间有间隙，该浮体可随水位沿沉箱轴向方向上下滑移，该附稳装置的吃水状况保持不变，但因该附稳装置始终处在该沉箱外围，从而限制该沉箱因其重心不稳而摇摆倾斜的幅度，该沉箱摇摆倾斜的幅度就是0-220mm。
3.一种沉箱运输/沉浮安装操作过程中的附稳装置，其特征在于该装置依附于沉箱周边的水线面上、下，其包括至少两个以上的浮力主体，连接两个以上浮力主体之间的连接件，连接沉箱与浮力主体之间的浮力传递件，从而构成水线面惯性矩，横稳性半径和浮心高度较原沉箱增值的沉箱附稳装置。
4.一种沉箱运输/沉浮安装操作过程中的附稳装置，其特征在于该装置依附于沉箱周边的水线面上、下，其包括至少两个以上的浮力主体，连接两浮力主体之间的连接件，连接沉箱与浮力主体之间的浮力传递件，设置在该浮力主体上的水泵或压缩空气的浮力增减机构，从而构成水线面惯性矩，横稳性半径和浮心高度较原沉箱增值的沉箱附稳装置。
5.根据权利要求1或3或4所述沉箱运输/沉浮安装操作过程中的附稳装置，其特征在于所述的浮力主体，其或为提供浮力的空腔球体，或为提供浮力的空腔圆柱体，或为提供浮力的空腔棱柱体，或为提供浮力的空腔长方体或立方体；其或为提供浮力的钢质或木质结构前述形状的空腔体，或为提供浮力的高分子尼龙材料质或玻璃钢制结构前述形状的空腔或实腔体。
6.根据权利要求1或3或4所述沉箱运输/沉浮安装操作过程中的附稳装置，其特征在于所述的浮力主体，其依附于沉箱周边的连接关系是，该浮力主体与沉箱之间采用无间隙紧密连接，即该浮力主体通过连接件紧密地固定在沉箱周边。
7.根据权利要求1或3或4所述沉箱运输/沉浮安装操作过程中的附稳装置，其特征在于所述的浮力主体，其依附于沉箱周边的连接关系是，该浮力主体与沉箱之间采用自升沉式有间隙非紧密连接，即该浮力主体通过浮力传递件连接在沉箱周边；该浮力主体与沉箱之间的间隙为0-220mm。
8.根据权利要求1或3或4所述沉箱运输/沉浮安装操作过程中的附稳装置，其特征在于所述的连接两浮力主体之间的连接件，其或为钢质或木质结构的刚性连接件，或为钢索或高分子尼龙绳索的柔性连接件。
9.根据权利要求1或3或4所述沉箱运输/沉浮安装操作过程中的附稳装置，其特征在于所述的连接沉箱与浮力主体之间的浮力传递件，其或为钢质或木质结构的刚性连接件，或为钢索或高分子尼龙绳索的柔性连接件。
全文摘要
本发明公开了一种沉箱运输/沉浮安装操作过程中的附稳装置。该装置依附于沉箱周边的水线面上、下，有至少两个以上的浮力主体，连接两浮力主体之间的连接件，连接沉箱与浮力主体之间的浮力传递件，设置在该浮力主体上的水泵或压缩空气的浮力增减机构，从而构成水线面惯性矩，横稳性半径和浮心高度较原沉箱增值的沉箱附稳装置。该装置既能增加沉箱的稳性高度，又能为沉箱提供一定浮力以减少运载沉箱的浮船坞或半潜驳的下沉深度，所以使用该装置能够减小浮船坞、半潜驳的主尺度，降低整体工程的建造成本。该装置也可单独用于同一沉箱的不同沉浮阶段的安装操作过程中。该装置结构简单，使用方便，而且可多次重复使用。
文档编号E02D25/00GK1904227SQ20061010929
公开日2007年1月31日 申请日期2006年8月9日 优先权日2006年8月9日
发明者韩其新 申请人:韩其新