一种抱桩登塔系统的制作方法

本发明涉及应用于半潜式支持平台、海工支持船、风电运维船等海洋工程领域进行人员安全输送的抱桩登塔系统，更具体地说，涉及一种抱桩登塔系统。

背景技术：

海上风电运维等海上项目的维护人员登塔，一般采用被动补偿模式(主动补偿费用成本较高)。比较成熟的方案是在船头安装抱桩装置，待抱桩装置抱塔牢固后再通过上部廊道登塔，但由于风浪影响，抱桩装置需要承受较大的升沉作用力，且船与抱桩装置还存在相对转动，导致上部廊道与塔之间存在运动，设计时需留有足够的间隙避免运动干涉，当风浪较大时，廊道与塔之间的空隙变化同比增大，登塔时存在人员踏空的风险，且该结构要求抱桩装置须有足够的结构强度；另一种方案是直接在栈桥头部设置抱桩装置，抱桩器与塔搭接后，栈桥需要承受船运动的各种负载，这种结构要求栈桥整体结构强度高。

当抱桩登塔时，在目前已有技术方案中，都是单一头部抱桩固定或单一栈桥头部抱桩搭接形式，方案的主要问题是：

1)单一头部抱桩，在复杂海况下，廊道与桩塔之间间隙变化较大，人员输送不安全；

2)单一栈桥头部抱桩，整个栈桥需设计足够强度以适应船的运动负载。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种抱桩登塔系统，以解决现有技术中所存在的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种抱桩登塔系统，所述抱桩登塔系统设于船头上，包括位于上部的登塔栈桥和位于下部的抱桩装置；

所述登塔栈桥包括回转机构、栈桥机构和搭接机构，所述回转机构设于所述船头的甲板上，所述栈桥机构的一端连接所述回转机构，所述栈桥机构的另一端连接所述搭接机构；

所述抱桩装置包括调节油缸、万向节和抱桩架，所述调节油缸的一端连接所述船头，所述调节油缸的另一端连接所述抱桩架，所述万向节的一端连接所述船头，所述万向节的另一端连接所述抱桩架。

较佳的，所述栈桥机构包括伸缩廊道；

所述伸缩廊道的后端连接所述回转机构，所述伸缩廊道的前端连接所述搭接机构；

所述伸缩廊道与所述回转机构之间设有变幅油缸；

所述伸缩廊道上设有伸缩油缸；

所述伸缩廊道的后端上设有梯子。

较佳的，所述搭接机构包括头部搭接装置和头部抱紧装置；

所述头部搭接装置包括安装法兰、后端盖、连接法兰和前端盖，所述安装法兰设于所述栈桥机构的另一端，所述安装法兰上依次设置所述后端盖、所述连接法兰和所述前端盖，所述后端盖、所述连接法兰和所述前端盖之间形成一个安装空间；

所述头部抱紧装置包括下颚、夹紧油缸和上颚，所述下颚与所述上颚设置为剪刀式结构，所述下颚的后端设于所述安装空间内，所述夹紧油缸用以驱动所述上颚。

较佳的，所述下颚的后端设有关节球头副，所述关节球头副设于所述安装空间内。

较佳的，所述安装空间内设有橡胶垫。

较佳的，所述船头上设有用以连接所述万向节的旋转轴。

较佳的，所述调节油缸设有2个，分设于所述万向节的左、右侧。

较佳的，所述抱桩架上设有左抱臂和右抱臂；

所述左抱臂、所述右抱臂分设于所述万向节的左、右侧。

较佳的，所述左抱臂和所述右抱臂设置相同，均包括铰接滑块、2根连接杆、夹紧油缸、轴和2条夹臂；

所述抱桩架内设有滑槽，所述铰接滑块沿所述滑槽移动；

所述连接杆的后端连接所述铰接滑块，所述连接杆的前端连接对应所述夹臂的后端；

所述夹臂间通过连接块连于所述轴上；

所述夹紧油缸的一端连接所述抱桩架的头部，所述夹紧油缸的另一端连接所述铰接滑块。

较佳的，所述夹臂的前端设有滚轮。

本发明所提供的一种抱桩登塔系统，具有以下几点有益效果：

1)本发明抱桩登塔系统中上部的登塔栈桥具有被动补偿能力，消除登塔间隙，搭接机构姿态可调，操作简便；

2)本发明抱桩登塔系统中下部的抱桩装置适应各种海况要求，被动张紧系统，保持船位不产生较大偏移；抱紧后抱桩装置还可沿桩柱升沉运动，消除了抱桩装置与桩柱之间的较大升沉载荷影响；

3)具有冗余安全设计，紧急情况下容易实现船与桩塔分离，避免意外事故发生。

附图说明

图1是本发明一种抱桩登塔系统的安装示意图；

图2是本发明一种抱桩登塔系统中登塔栈桥的结构示意图；

图3是图2中登塔栈桥的搭接机构的结构示意图；

图4是本发明一种抱桩登塔系统中抱桩装置的结构示意图；

图5是图4中a向的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请结合图1所示，本发明所提供的一种抱桩登塔系统，抱桩登塔系统设于运维船100的船头上，包括位于上部的登塔栈桥1和位于下部的抱桩装置2，登塔栈桥1与桩柱200搭接，消除栈桥与塔之间的间隙，用于人员登塔；抱桩装置2抱桩后随船沿桩柱200升沉运动，抱桩装置2承受除船升沉运动外的其它载荷。

请结合图2所示，登塔栈桥1包括回转机构11、栈桥机构12和搭接机构13，回转机构11设于船头的甲板上，栈桥机构12的一端连接回转机构11，栈桥机构12的另一端连接搭接机构13。

栈桥机构12包括伸缩廊道121，伸缩廊道121上设有伸缩油缸122。

伸缩廊道121的后端连接回转机构11，伸缩廊道121的前端连接搭接机构13。

伸缩廊道121与回转机构11之间设有变幅油缸123，伸缩廊道121的后端上设有梯子124。

登塔栈桥1安装在运维船100的船头上，当抱桩装置2抱桩后，人员在甲板上预先调整搭接机构13位置，通过变幅油缸123、回转机构11、伸缩油缸122将搭接机构13调至适当位置，搭接机构13再与桩柱200搭接，搭接后，同样通过变幅油缸123、回转机构11、伸缩油缸122实现随船运动，被动补偿负载设置在较小范围内，以使搭接机构13受力不至于过大。

请结合图3所示，搭接机构13包括头部搭接装置131和头部抱紧装置132。

头部搭接装置131包括安装法兰1311、后端盖1312、连接法兰1313和前端盖1314，安装法兰1311设于栈桥机构12的另一端，安装法兰1311上依次设置后端盖1312、连接法兰1313和前端盖1314，后端盖1312、连接法兰1313和前端盖1314之间形成一个安装空间，安装空间内垫有橡胶垫1315。

头部抱紧装置132包括下颚1321、夹紧油缸1322和上颚1323，下颚1321与上颚1323设置为剪刀式结构，下颚1321的后端设有关节球头副，关节球头副设于安装空间内，夹紧油缸1322用以驱动上颚1323。

头部抱紧装置132通过关节球头副连接头部搭接装置131，能承受径向载荷和任一方向的不大的轴向载荷，并实现3个自由度旋转。

头部抱紧装置132由自带复位弹簧的夹紧油缸1322驱动，下颚1321与上颚1323处于抱紧时，控制阀得电，通过压力油将夹紧油缸1322缩回；下颚1321与上颚1323处于松开时，控制阀失电，压力油通过控制阀回油箱，夹紧油缸1322在复位弹簧的作用下伸出，头部抱紧装置132松开。在紧急状况时，控制阀失电，压力油回油箱，夹紧油缸1322在复位弹簧的作用下伸出，头部抱紧装置132松开，防止意外事故发生。

请结合图4和图5所示，抱桩装置2包括调节油缸21、万向节22和抱桩架23，调节油缸21的一端连接船头，调节油缸21的另一端连接抱桩架23，万向节22的一端连接船头，万向节22的另一端连接抱桩架23。

船头上设有用以连接万向节22的旋转轴。

调节油缸21设有2个，分设于万向节22的左、右侧(如图5中分设于万向节22的上、下位置)。

抱桩架23上设有左抱臂231和右抱臂232。

左抱臂231、右抱臂232分设于万向节22的左、右侧，左抱臂231、右抱臂232均置于抱桩架23内。

左抱臂231和右抱臂232设置相同，均包括铰接滑块233、2根连接杆235、夹紧油缸236、轴237和2条夹臂238。

抱桩架23内设有滑槽234，铰接滑块233沿滑槽234移动。

连接杆235的后端连接铰接滑块233(分设于铰接滑块233的相对侧)，连接杆235的前端连接对应夹臂238的后端，夹臂238的前端设有滚轮239。

夹臂238均连于轴237上。

夹紧油缸236的一端连接抱桩架23的头部，夹紧油缸236的另一端连接铰接滑块233。

万向节22的一端安装在一根旋转轴上，可绕旋转轴被动做x轴旋转，万向节22的另一端连接抱桩架23，万向节22自身可绕y、z两轴旋转，抱桩后，可跟随船做x、y、z三轴运动，能承受较大的载荷并实现3个自由度旋转。

左、右侧调节油缸21用以连接抱桩架23与运维船100的船头，可主动调整抱桩架23角度，适应抱桩工况要求。当左抱臂231、右抱臂232抱桩后，调节油缸21的两腔分别设定溢流阀的张紧压力，当负载小于溢流阀设定的张紧压力时，调节油缸21不动作，当负载大于溢流阀设定的张紧压力时，调节油缸21被动张紧调节，这一过程相当于一滤波阻尼，张紧压力设定在机构能够承受的安全范围内。当调节油缸21位置偏差累计到一定值时，再通过主动调整抱桩架23的角度定位运维船100回中位。

左抱臂231、右抱臂232由夹紧油缸236驱动，夹臂238通过滚轮239定位、夹紧桩柱200，并可随船做升沉运动，这样左抱臂231、右抱臂232不用承受升沉大载荷负载。夹紧油缸236的无杆腔带有复位弹簧复，夹臂238处于抱紧时，控制阀得电，通过压力油将夹紧油缸236缩回，夹臂238抱紧；夹臂238处于松开时，控制阀失电，压力油通过控制阀回油箱，夹紧油缸236在复位弹簧的作用下伸出，夹臂238松开。在紧急状况时，控制阀失电，压力油回油箱，夹紧油缸236在复位弹簧的作用下伸出，夹臂238松开。

本发明抱桩登塔系统的工作原理如下：

1)抱桩装置的抱桩：

运维船100靠近桩柱200后，调整抱臂姿态，在调节油缸21作用下先使一侧如左抱臂231抱桩夹紧，运维船100再绕左抱臂231桩旋转调整角度，使右抱臂232抱桩夹紧。当左抱臂231、右抱臂232抱桩成功后，调节油缸21切换至被动工作状态，运维船100可以绕万向节22的铰接轴处x、y、z共3轴被动旋转，同时运维船100及抱桩装置2可以沿桩柱200的z方向升沉运动。

2)登塔栈桥1的搭接：

下部的抱桩装置2抱桩后，甲板上人员调整搭接机构13的姿态，使其朝外有利于搭接。操作登塔栈桥1的回转、变幅、伸缩使搭接机构13靠近桩柱200的搭接点，调整到位后搭接，搭接成功后使变幅油缸123、回转机构11、伸缩油缸122立即卸载，转为被动补偿模式以便减小搭接点载荷。

3)人员登塔：

在抱桩装置2的抱桩及登塔栈桥1的搭接完成后，人员即可以通过伸缩廊道121登塔作业，此时登塔栈桥1的变幅油缸123、回转机构11、伸缩油缸122被动补偿运动，栈桥机构12的前端绕关节球头副转动，不会造成登塔时出现变化较大的缝隙，保证作业人员登塔安全。抱桩装置2沿桩柱200升沉运动，同时在万向节22处绕x、y、z轴旋转，调节油缸21在较小的张紧压力下被动补偿运动。

4)船位调整：

当准备或作业一定时间，发现运维船100上的抱桩装置2的摆角较大时，通过调节油缸21主动调整抱桩架23角度定位运维船100回中位(摆角的角度偏大不利于调节油缸21两端球铰副受力)。

5)人员撤离：

正常作业完成后，人员回到运维船100上，在司机的操作下先解除登塔栈桥1的搭接，进行脱扣、伸缩、回转、变幅动作，登塔栈桥1放置在搁架上进行绑定。再松开抱桩装置2，运维船100撤离桩柱200，调整好抱桩装置2的位置。

6)紧急情况：

如遇紧急情况，致使抱桩装置2出现过载，在确认登塔栈桥1上人员安全后按下紧急按钮，抱桩装置2解除抱桩，登塔栈桥1解除搭接，完成紧急状况下脱扣，抱桩装置2及登塔栈桥1再恢复到正常控制状态。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。