一种适用于吸力筒基础可换向限压泵吸装置

1.本发明涉及吸力泵技术领域，特别是涉及一种适用于吸力筒基础可换向限压泵吸装置。


背景技术：

2.吸力筒基础，也称作吸力锚、吸力筒、吸力桩、吸力式沉箱，是一种下部开口、顶部封闭的筒式钢结构，类似于一个倒扣的水杯，筒顶设置有吸水口。下入过程依靠自身重力可贯入海底泥面一定深度，吸力筒基础底部在泥土中封闭，吸力锚顶部吸水口连接吸力泵，开启吸力泵从筒内抽出海水，筒内形成负压，根据压力公式f＝δp*s(f：顶部压力、δp内外压差、s：顶部作用面积)，在海水作用下将吸力筒基础压至指定深度。依靠筒内外壁与地层的摩擦力和筒顶与地层接触的承托力为吸力锚提供足够的竖向、水平承载力和抗倾覆力，吸力筒基础可用于竖向承载或水平牵引，可广泛应用于深海井口、风电导管架基础、海底结构物基础，或作为定位系泊锚使用。吸力筒基础具有承载力大、安装速度快、无污染及可回收再利用的优点。
3.吸力筒基础负压沉贯时需要从筒内抽水使筒内压力低于外部环境压力，需要启动泵吸装置进行正向抽水作业，当吸力筒基础需要回收或进行姿态调整需要将吸力基础起拔时，需要向筒内注水使筒内压力大于外部环境压力，此时需要启动泵吸装置反向注水作业，泵吸装置可在水下灵活切换正向抽水和反向注水模式。
4.现有吸力筒基础的泵吸装置采用复杂的并联正反功能切换阀组进行吸水和注水模式切换，需要至少4个液控蝶阀才能实现功能切换，动作多导致远程控制复杂，设备综合成本高，增加了设备问题风险概率；无可靠限压装置，吸力筒基础沉贯过程中过度抽吸可能导致筒体屈曲破坏，进而导致安装失败；滑板阀式切换装置虽然动作简单，切换效率较高，但滑板阀在实现可靠密封难度较大，存在切换过程密封失效的风险。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种适用于吸力筒基础可换向限压泵吸装置，以解决上述现有技术存在的问题，水路切换阀数量较少，控制操作简单，同时采用高可靠性液驱三通球阀进行切换，提高了系统耐压密封性能。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.本发明提供一种适用于吸力筒基础可换向限压泵吸装置，包括底部开孔的连接底座，所述连接底座底部用于与吸力筒基础的筒体顶部固定连接；所述连接底座顶部安装有排气蝶阀；所述连接底座一侧通过管道连通有顶部封闭的吸注水管汇，所述吸注水管汇一侧通过吸水三通球阀连通有端吸离心泵，所述端吸离心泵顶部连通有排水三通球阀，所述排水三通球阀顶部与外界连通，所述排水三通球阀一侧通过管道与所述吸注水管汇上方侧壁连通；所述吸水三通球阀顶部开设有吸水口。本发明独特的水路切换方式，采用两个液控三通球阀进行泵吸装置水路流道的切换，仅需一路液压油驱动两个执行器分别动作，即可
完成泵吸装置吸水和注水模式切换；独特的限压三通球阀结构，可控制吸水和注水压差，通过调整弹簧数量可提前预设压差，水下施工过程自动限制最高压差，无需外部控制干预，保护吸力筒基础水下安装过程的安全性。
8.可选的，所述排气蝶阀一侧传动连接有第一液压执行器，所述吸水三通球阀一侧传动连接有第二液压执行器，所述排水三通球阀一侧传动连接有第三液压执行器。
9.可选的，所述端吸离心泵远离所述吸水三通球阀的一端传动连接有液压马达。
10.可选的，所述吸水口处通过法兰固定连接有吸水过滤器。
11.可选的，所述端吸离心泵顶部的出水口通过过渡接头与所述排水三通球阀固定连接。
12.可选的，所述排水三通球阀的侧法兰通过橡胶接头连接有第一水平管道，所述第一水平管道远离所述橡胶接头的一端与所述吸注水管汇上方侧壁固定连通；所述吸注水管汇侧壁通过第二水平管道与所述吸水三通球阀远离端吸离心泵一侧的侧法兰固定连通。
13.可选的，所述吸水三通球阀包括阀体和设置于所述阀体内的阀芯，所述阀芯通过驱动阀杆与所述第二液压执行器传动连接，所述阀体两侧对称设置有两个侧法兰，两个所述侧法兰之间设置有与所述侧法兰垂直的端部法兰；所述第二液压执行器与所述侧法兰中心线和端部法兰的中心线所在平面垂直设置；所述侧法兰与所述阀体连接端的凹槽内设置有调压弹簧，所述调压弹簧一端固定连接有密封活塞，所述密封活塞位于所述调压弹簧和所述阀芯之间，且所述密封活塞能够与所述阀芯密封接触连接；三通球阀具有限压功能，通过调节调压弹簧数量限制抽吸、喷射极限压差。
14.可选的，所述阀体远离所述第二液压执行器的一端固定密封连接有定心端盖，所述定心端盖内侧设有定心杆，所述阀芯远离所述第二液压执行器的一端开设有能够活动插设于所述定心杆上的定心孔；所述阀芯远离所述定心孔的一端开设有四方孔，所述驱动阀杆一端固定插设于所述四方孔内；所述排水三通球阀与所述吸水三通球阀结构相同。
15.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
16.本发明提供的适用于吸力筒基础可换向限压泵吸装置，独特的水路控制阀结构紧凑，通过三通球阀执行器控制，可控制吸力泵吸水和注水模式切换，结构简单、操作方便、功能可靠；限压三通球阀设置，根据吸力锚筒体能够承受的极限压差，施工前调整安全阀弹簧数量，预设压差值，双向独立设置，自动保护无需人为控制干预。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明适用于吸力筒基础可换向限压泵吸装置结构示意图；
19.图2为本发明吸水三通球阀结构示意图；
20.图3为本发明吸水三通球阀主视示意图；
21.图4为本发明图3的a-a剖面示意图；
22.图5为本发明图3的b-b剖面示意图；
23.图6为本发明侧法兰结构示意图；
24.图7为本发明阀芯结构示意图；
25.图8为本发明吸水状态示意图；
26.图9为本发明注水状态示意图；
27.其中，1为连接底座，2为排气蝶阀，3为第一液压执行器，4为端吸离心泵，5为液压马达，6为吸水三通球阀，6-1为阀体，6-2为第二液压执行器，6-3为阀芯，6-3-1为四方孔，6-4为侧法兰，6-5为密封活塞，6-6为调压弹簧，6-6-1为凹槽，6-7为驱动阀杆，6-8为定心端盖，7为吸水过滤器，8为过渡接头，9为排水三通球阀，9-2为第三液压执行器，10为橡胶接头，11为吸注水管汇。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.本发明的目的是提供一种适用于吸力筒基础可换向限压泵吸装置，以解决上述现有技术存在的问题，水路切换阀数量较少，控制操作简单，同时采用高可靠性液驱三通球阀进行切换，提高了系统耐压密封性能。
30.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
31.本发明提供一种适用于吸力筒基础可换向限压泵吸装置，如图1所示，包括底部开孔的连接底座1，连接底座1底部用于与吸力筒基础的筒体顶部固定连接；连接底座1顶部安装有排气蝶阀2，在第一液压执行器3驱动下可实现开闭，在吸力筒基础入水前，将排气蝶阀2打开，入水排出吸力基础筒内气体；当吸力筒基础负压贯入时，将排气蝶阀2关闭，实现吸力基础筒体密闭；连接底座1一侧通过管道连通有顶部封闭的吸注水管汇11，吸注水管汇11一侧通过吸水三通球阀6连通有端吸离心泵4，端吸离心泵4顶部的出水口通过过渡接头8与排水三通球阀9固定连接，排水三通球阀9顶部与外界大海连通，端吸离心泵4远离吸水三通球阀6的一端传动连接有液压马达5，端吸离心泵4在液压马达5驱动下带动离心泵叶轮回转，在离心力作用下从水平方向法兰吸水，从顶部法兰排水，排水三通球阀9一侧通过管道与吸注水管汇11上方侧壁连通；吸水三通球阀6顶部开设有吸水口。吸水口处通过法兰固定连接有吸水过滤器7。
32.具体的，排气蝶阀2一侧传动连接有第一液压执行器3，吸水三通球阀6一侧传动连接有第二液压执行器6-2，排水三通球阀9一侧传动连接有第三液压执行器9-2，吸水三通球阀3在第二液压执行器6-2的驱动下可实现内部球芯的旋转，改变球阀流道。排水三通球阀9在第三液压执行器9-2的驱动下可实现内部球芯的旋转，改变球阀流道。
33.排水三通球阀9的侧法兰通过橡胶接头10连接有第一水平管道，第一水平管道远离橡胶接头10的一端与吸注水管汇11上方侧壁固定连通；吸注水管汇11侧壁通过第二水平管道与吸水三通球阀6远离端吸离心泵4一侧的侧法兰固定连通。如图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，吸水三通球阀6包括阀体6-1和设置于阀体6-1内的阀芯6-3，阀芯6-3通过驱动
阀杆6-7与第二液压执行器6-2传动连接，阀体6-1两侧对称设置有两个侧法兰6-4，两个侧法兰6-4之间设置有与侧法兰6-4垂直的端部法兰；第二液压执行器6-2与侧法兰6-4中心线和端部法兰的中心线所在平面垂直设置；侧法兰6-4与阀体6-1连接端的凹槽6-6-1内设置有调压弹簧6-6，调压弹簧6-6一端固定连接有密封活塞6-5，密封活塞6-5位于调压弹簧6-6和阀芯6-3之间，且密封活塞6-5能够与阀芯6-3密封接触连接。阀体6-1远离第二液压执行器6-2的一端固定密封连接有定心端盖6-8，定心端盖6-8内侧设有定心杆，阀芯6-3远离第二液压执行器6-2的一端开设有能够活动插设于定心杆上的定心孔；阀芯6-3远离定心孔的一端开设有四方孔6-3-1，驱动阀杆6-7一端固定插设于四方孔6-3-1内；第二液压执行器6-2可实现90
°
角转动，带动驱动阀杆6-7回转，驱动阀杆6-7下端与阀芯6-3顶部内四方孔6-3-1配合，从而驱动阀芯90
°
转动。球阀芯下端与定心端盖6-8配合，起到定心作用。密封活塞6-5可在阀体内水平活动，球阀两侧分别与两个密封活塞6-5配合，密封活塞6-5圆弧端面设置有密封与阀芯实现密封，侧面设置有o型密封与阀体配合密封，后端与若干个调压弹簧6-6接触。调压弹簧6-6放置于侧法兰6-4端部的对应的凹槽6-6-1内，通过调整调压弹簧6-6的数量可调节球阀密封压力，如图示a-a剖面，测试三通球阀水平通道连通，下通道关闭，当水平通道内压力低于下通道压力时，海水压力差作用到两侧密封活塞6-5，当压力足以克服弹簧阻力时，密封活塞与阀芯产生间隙，海水进入水平通道，水平通道与外部环境压差减小后，密封活塞重新与球阀接触密封，维持恒定极限压差。排水三通球阀9与吸水三通球阀结构类似，只是球阀机能不同，同样具有限压功能。排水三通球阀与吸水三通球阀结构相同。
34.本发明水路换向原理如图8和图9所示，图中箭头方向为水流动方向，通过控制吸水三通球阀6和排水三通球阀9，改变水流通通道实现吸水和注水功能切换，两个三通球阀采用t型阀芯，两个球阀的阀芯机能如图所示。
35.吸水模式：吸水三通球阀6和排水三通球阀9的阀芯位置如图所示,吸水三通球阀6水平两侧端口连通，顶部端口封闭，排水三通球阀9上下端口连通，侧通道关闭。当启动端吸离心泵时，吸力锚内部液体流动方向如箭头所示，吸力筒基础筒内液体经过连接底座1、吸注水管汇11下水平通道、吸水三通球阀6，端吸离心泵4、过渡接头8及排水三通球阀9后排至吸力筒外，进行吸水作业。
36.注水模式：通过远程液压控制系统驱动第二液压执行器6-2和第三液压执行器9-2回转，其中吸水三通球阀6阀芯顺时针回转90度，而排水三通球阀9阀芯逆时针回转90
°
，吸水三通球阀6左通道与上通道连通，右通道关闭；排水三通球阀9下通道与右侧通道连通，上通道关闭。当启动端吸离心泵时，吸力锚内部液体流动方向如箭头所示，外部海水通过吸水过滤器7、吸水三通球阀6、端吸离心泵4、排水三通球阀9、橡胶接头10以及吸注水管13上水平通道，将海水注入至吸力筒基础筒内，进行注水作业。
37.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
38.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依
据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。