一种适用于自升式平台集约化动力驱动桩靴冲水系统的制作方法

1.本实用新型涉及带有桩靴的自升式平台装置，尤其涉及一种适用于自升式平台集约化动力驱动桩靴冲水系统。


背景技术：

2.自升式施工平台作为离岸工程的重要辅助装备，起源于墨西哥湾水域，主要为海上油田提供设备维护及人员住宿等支持服务，近年来也广泛应用于海上风电安装工程。其在外形上具备常规船舶的特点，通过装备的升降装置和桩腿将船体抬离水面，工作时不受海水运动的影响，保证了海上作业的稳定性和安全性，可在相对恶劣的海况下持续作业，扩大作业窗口期，有效提升作业效率，受到越来越多的船东青睐，使其在国际上更多的水域得以利用，由此也对该型装备提出了更多的功能需求，并推动了自升式服务平台技术的不断发展，当前自升式服务平台已广泛应用于为海上油田生产提供支持服务，今年来又广泛用于海上风电工程施工作业。
3.海上风电施工作业，具有安全、可靠、高效的特点，该船型在一个工位上完成作业后，通常需要进行拔桩、移船到下一个工位，对于硬质海底，拔桩比较容易；对于淤泥海底，拔桩由于真空粘附效应，通常需要辅以冲桩水泵、压缩空气，通过布设在桩靴底部的喷嘴喷射出去，打破淤泥和桩靴的真空粘附效应。
4.冲桩系统设计主要用于拔桩作业时，对桩靴与泥土接触表面进行冲刷以破坏桩靴表面吸附力，实现安全、顺利拔桩操作。海床地质主要分为硬土层、粉土层、淤泥层和沙土层，因此入泥深度有深有浅。考虑到不同的地质条件，冲桩系统的设计制造有如下特点：
5.(1)高压冲桩泵配置为60m3/h、压力6.0mpa x4台(以某项目为例的配置，事实上目前排量越来越大)，冲桩泵排量/排压满足桩靴冲桩要求；
6.(2)冲桩管路和喷嘴设有防塞堵措施；
7.(3)桩靴上、下表面均设置冲桩喷嘴，并通过上环管和下环管分别连接不同的冲桩总管；
8.(4)喷嘴的布置确保均匀分布在桩靴表面，且工作水互不干扰，喷水口布置成朝桩靴外侧发散，扩大冲刷的范围。
9.(5)本船冲桩系统有高压冲桩和低压冲桩两种工作模式。高压冲桩由高压冲桩泵提供冲桩水，冲桩泵分别独立从泵舱海水总管上吸水，泵前管段上设有海水滤器。低压冲桩是由直升机平台泡沫消防泵提供冲桩水源。
10.(6)舱内另配有4台用于冲桩的专用空气瓶，可为冲桩系统提供30bar冲桩压缩空气，以配合冲桩水共同完成冲桩作业。
11.(7)冲桩系统在4个固桩室顶部设置有固定安装的由任接头，并通过高压软管连接至桩腿上的由任，从而实现冲桩管线的连通。
12.(8)桩腿上的由任布置在插销孔的内部，且有效避开升降系统正常插销时的安全深度。
13.(9)桩腿上的所有由任接头均需配盖，并保持锁紧状态。
14.从上述描述可知：自升式平台桩靴冲水系统的核心设备是冲桩泵，且考虑到作业效率和同步性，通常每船配备4台桩靴冲水泵。
15.根据实践使用发现上述设计存在如下问题：
16.(1)桩靴冲水泵为多级离心泵，排量不大但是扬程高，泵组的电机功率较大，泵组驱动动力目前采用电机存在局限性；
17.(2)桩靴冲水泵在使用过程中，由于泵组的特性曲线以及桩靴底部喷嘴的盲通变化，容易出现冲水泵出口背压突变，从而导致桩靴冲水泵的运行工况急剧变化，导致频繁“跳电”，给设备安全和电网稳定带来隐患；
18.(3)为了解决上述难题，通常需要加大驱动电机的配置裕度，或者采用变频控制，这又额外增加了成本；
19.(4)桩靴冲水泵需要单独配置电机，且卧式布置空间利用不经济。


技术实现要素：

20.本实用新型提供一种适用于自升式平台集约化动力驱动桩靴冲水系统，旨在解决上述背景技术中所提到的问题。
21.本实用新型是这样实现的，一种适用于自升式平台集约化动力驱动桩靴冲水系统，包括现船主发电机组，所述现船主发电机组包括发电机、主发柴油机、齿轮箱和桩靴冲水泵，所述发电机通过线路与所述主发柴油机相连接，所述主发柴油机的自由端通过具有离合功能的所述齿轮箱与所述桩靴冲水泵相连接，所述桩靴冲水泵上均设置有驱动电机。
22.优选的，所述桩靴冲水泵的另一端与连接管路相连接，所述连接管路的另一端连接于固桩室的顶部，所述连接管路上外接管路与缓冲空气瓶相连接。
23.优选的，每个所述固桩室内均安装有桩腿，每个所述桩腿内部均设置有两路冲桩管路，每条所述冲桩管路均通过若干个由壬接头与船上系统相连接。
24.优选的，所述冲桩管路上，于通向桩靴的位置处分别设置有上环管和下环管。
25.优选的，所述发电机与所述主发柴油机组成原船主发电机组。
26.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型的一种适用于自升式平台集约化动力驱动桩靴冲水系统，利用原船现有的主发配置，具体为利用原船主发柴油机的自由端，通过增设带有离合功能的齿轮箱与桩靴冲水泵相连接，充分利用现有的船上主发机组的配置为桩靴冲水系统提供动力，集约化地优化了动力配置，节省了布置空间；根据实际情况可以选择恒转速模式或者变转速模式运行桩靴冲水泵，避免传统电机驱动形式过载“跳电”难题，提高使用的安全性和桩靴冲水的作业效率。
27.有效解决了现有自升式风电平台冲桩系统的配置上的不足，无需额外增加太多的系统，充分利用原船的现有配置，集约化地进行动力配置，实现多个系统的驱动动力集约化使用，技术上容易实现，提高冲桩作业的安全性、可靠性和效率，市场前景广阔。
附图说明
28.图1为本实用新型的改良系统组成示意图；
29.图2为本实用新型中传统桩靴冲水系统基本组成示意图；
30.图3为本实用新型中冲桩管路的连接示意图；
31.图中：101、固桩室；102、桩腿；103、冲桩管路；104、由壬接头；105、连接管路；106、上环管；107、下环管；200、桩靴冲水泵；210、驱动电机；300、缓冲空气瓶；400、原船主发电机组；410、发电机；420、主发柴油机；500、现船主发电机组；600、齿轮箱。
具体实施方式
32.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
33.本实用新型提供一种技术方案：一种适用于自升式平台集约化动力驱动桩靴冲水系统，包括现船主发电机组500，现船主发电机组500包括发电机410、主发柴油机420、齿轮箱600和桩靴冲水泵200，发电机410通过线路与主发柴油机420相连接，主发柴油机420的自由端通过具有离合功能的齿轮箱600与桩靴冲水泵200相连接，桩靴冲水泵200上均设置有驱动电机210。
34.另外，发电机410与主发柴油机420组成原船主发电机组400。
35.如图1所示，本系统设有六台主发柴油机420，布置于机舱内。主发柴油机420的运行状态可在集控室和驾驶室内监控。主发柴油机420能并联运行，机旁或遥控起停，视网上负荷大小，单机能自动投入或撤出。
36.每台主发柴油机420的输出端连接的是发电机410，自由端处于“空闲”状态，基于此，可以将六台主发柴油机420的自由端通过带离合功能的齿轮箱600和桩靴冲水泵200相连接，齿轮箱600的减速比满足桩靴冲水泵200的转速要求。
37.主发的控制面板上设置一套桩靴冲水泵200的运行模式，当处于桩靴冲水模式时候，齿轮箱600的离合器处于啮合状态，主发转速缓慢上升直至额定转速，经过齿轮箱600后达到桩靴冲水泵200所要求的转速。此时可以有两种模式可以选择：一种是恒转速模式，即主发额定转速运行，除掉桩靴冲水泵200的轴功率并考虑足够裕度后，剩余功率可以并网使用；另外一种是若电站功率富余，连接桩靴冲水泵200的主发可以采用变转速运行，从而更加灵活控制冲桩水泵的运行。
38.原船主发电机组400由主发柴油机420和发电机410组成，本实用新型通过集约化的动力配置，将主发柴油机420的自由端，通过齿轮箱600和桩靴冲水泵200相连接。齿轮箱600具有离合功能，以便在非拔桩不需要冲水时候保持脱排状态，在拔桩工况需要冲水时候保持合排状态，齿轮箱600的减速比根据主发柴油机420和冲桩泵200的转速比确定，满足桩靴冲水泵200的额定转速需要。主发柴油机420在拔桩工况的时候优先满足桩靴冲水泵200的轴功率需求并具有足够的裕度。
39.设置四台桩靴冲水泵200，由驱动电机210进行驱动，首尾部各设置两台，并分别与海水箱连接取舷外海水。以某项目为例该泵组的规格为60m3/h、压力为6.0mpa，该泵的类型为多级离心泵，采用固定电机驱动。
40.关于桩靴冲水泵200的控制，可以集成在船舶自动化里通过驾控台上的控制板实现其功能，这些从硬件和软件方面都是容易实现的，这些不是本实用新型的重点，此处不再赘述。
41.进一步，桩靴冲水泵200的另一端与连接管路105相连接，连接管路105的另一端连接于固桩室101的顶部，连接管路105上外接管路与缓冲空气瓶300相连接。
42.将船上的启动压缩空气通过管路连接到冲桩系统，设置缓冲空气瓶300，以便根据需要灵活选择用水或者用气进行冲桩作业。
43.具体的是，每个固桩室101内均安装有桩腿102，每个桩腿102内部均设置有两路冲桩管路103，每条冲桩管路103均通过若干个由壬接头104与船上系统相连接。
44.如图2所示，自升式风电平台通常有四根桩腿102组成(某些大型平台有六根桩腿102)。桩腿102外设置固桩室101(齿轮齿条式升降系统也有不设置固桩室101的)，固桩室101的顶部也设置有两路连接管路105，以便通过由壬接头104和桩腿102上的管路相连接。
45.通常，冲桩管路103上，于通向桩靴的位置处分别设置有上环管106和下环管107。
46.冲桩管路103上面设置有若干个由壬接头104，其作用是满足不同的桩腿102的高度情况下，能方便地将冲桩管路103通过由壬接头104与船上系统相连接。
47.桩腿102内部设置有两路冲桩管路103在通向桩靴处设置上环管106、下环管107，其作用是满足对桩靴的顶部、底部分别进行冲水，实现拔桩目的。
48.本实用新型的工作原理及使用流程：利用原船现有的主发配置，具体为利用原船主发柴油机420的自由端，通过增设带有离合功能的齿轮箱600与桩靴冲水泵200相连接，充分利用现有的船上主发机组的配置为桩靴冲水系统提供动力，集约化地优化了动力配置，节省了布置空间；根据实际情况可以选择恒转速模式或者变转速模式运行桩靴冲水泵，避免传统电机驱动形式过载“跳电”难题，提高使用的安全性和桩靴冲水的作业效率。
49.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。