深水液压打桩锤试验装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种深水液压打桩锤试验装置，本包括高压水气系统、自由导向系统、铰轴式液压伸缩架和耐压容器组成；该耐压容器用于容置液压打桩锤；该高压水气系统用于往耐压容器内注水及加压以模拟深水环境；该自由导向系统位于耐压容器内，用于导引液压打桩锤在设定的轨道上进行打桩；该铰轴式液压伸缩架位于耐压容器外，用于控制该耐压容器与水平面的角度。本发明的深水液压打桩锤试验装置设计合理，能模拟深水环境下液压打桩锤的工作，操作灵活，能满足多锤型的多功能深水试验，能免去多种深水设备及海上操作人员的费用，在深水液压打桩锤等海工装备的深水试验方面具有很高的应用价值。
【专利说明】深水液压打粧锤试验装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及深水打桩设备，且特别涉及ー种深水液压打桩锤试验装置【背景技术】
[0002]深水液压打桩锤是ー种具有效率高、噪声低、污染小、结构简单、可抗拒恶劣的海上环境等特点的新型打桩设备，主要应用于港口、跨海大桥、海上采油平台、导管架安装、深水结构物，以及海上风电等新能源エ业。
[0003]通常深水液压打桩锤深海试验应做的准备有:作业船准备、出海前的准备、海底地貌预调查等。作业船的准备工作包括抛锚就位及锚机拉力试验、吊机全面检查和缆绳准备等；出海前的准备包括试验船应具备作业条件，具备适航证书和航行通告，准备大量的深海试验材料(钢桩、桩基座、水下机器人、电缆油管脐带等)，吊索具放置于打桩锤上等；海底地貌预调查一般分施工前海深測量、旁侧声纳測量、调查海底情况和浮吊抛锚就位后，潜水员下水探摸地貌情況，确认海床是否平坦，有无钻井船脚印，有无障碍物，是否有海管管线，海底井口基盘情况等两个阶段。由此可知，深水液压打桩锤每一次深海试验需要大量的人力、物カ和资金，而且每个锤型做水下试验都需重复上述工作。
【发明内容】
[0004]本发明提供了 一种新的深水液压打桩锤试验装置。
[0005]本发明提供的深水液压打桩锤试验装置，包括高压水气系统、自由导向系统、铰轴式液压伸缩架和耐压容器组成；
[0006]该耐压容器用于容置液压打桩锤；
[0007]该高压水气系统用于往耐压容器内注水及加压以模拟深水环境；
[0008]该自由导向系统位于耐压容器内，用于导引液压打桩锤在设定的轨道上进行打桩；
[0009]该铰轴式液压伸缩架位于耐压容器外，用于控制该耐压容器与水平面的角度。
[0010]本发明的深水液压打桩锤试验装置设计合理，能模拟深水环境下液压打桩锤的エ作，操作灵活，能满足多锤型的多功能深水试验。能免去深水液压打桩锤真正深水试验所需的起吊设备、水下脐带系统、桩基座设备费用及海上操作人员的大量费用，在深水液压打桩锤等海エ装备的深水试验方面具有很高的应用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明的深水液压打桩锤试验装置打垂直桩的纵剖视图；
[0012]图2是本发明的深水液压打桩锤试验装置的密封导向套处的局部放大图；
[0013]图3是本发明的深水液压打桩锤试验装置打斜桩的纵剖视图。
[0014]其中，附图标记说明如下:
[0015]1:液压打桩锤；[0016]2:上锤芯；
[0017]3:位移传感器；
[0018]4:替打块；
[0019]5:高精度桩连接器；
[0020]6:钢桩；
[0021]7:下筒体；
[0022]8:耐压盖；
[0023]9:导向板；
[0024]10:高强螺栓；
[0025]11:螺母:
[0026]12:密封圈；
[0027]13:高压充气阀门；
[0028]14:脐带；
[0029]15:水密接头；
[0030]16:穿入孔；
[0031]17:滑轨；
[0032]18:桩套筒；
[0033]19:挡唇；
[0034]20:密封导向套；
[0035]21:支撑板；
[0036]22:密封圈；
[0037]23:导向带；
[0038]24:压カ传感器；
[0039]25:绞轴耳环；
[0040]26:吊耳；
[0041]27:铰轴式液压伸缩架；
[0042]28:液压缸；
[0043]29:打桩锤壳体。
【具体实施方式】
[0044]本发明提供了深水液压打桩锤试验装置，參见图1所示为该装置的结构示意图。
[0045]该装置主要由高压水气系统、自由导向系统、铰轴式液压伸缩架27和耐压容器7组成，该装置能实现模拟液压打桩锤在深水环境下打垂直桩，以及任意角度斜桩的工作。
[0046]其中，耐压容器包括下筒体7和顶部的耐压盖8，其用于容置需要进行试验的液压打桩锤1，并通过高压水气系统模拟深水环境；自由导向系统也位于耐压容器内，用于导引液压打桩锤在设定的轨道上进行打桩；如图2所示，铰轴式液压伸缩架27位于耐压容器外，用于控制该耐压容器与水平面的角度，在打斜桩时起到支撑该装置的作用。
[0047]液压打桩锤I为需要进行试验的打桩锤，包括:上锤芯2、替打块4、替打块4下的高精度桩连接器5、液压缸28和打桩锤壳体29，上锤芯2与液压缸28的活塞杆铰接，位于打桩锤壳体29中，高精度桩连接器5的上端紧紧顶住替打块4，下端穿过密封导向套20通向耐压容器的外部，与钢桩6的桩套筒18连接。液压打桩锤I还具有连接脐带14，脐带14为可挠性管，脐带14内装有进油管、出油管和控制电缆(未图示)，脐带14外接有电控装置和液压泵站(未图示)，电控装置和液压泵站是液压打桩锤I的动カ源和控制设备，液压泵站通过脐带14内的进油管、出油管控制液压缸28的进出油，以使活塞运动，通过活塞杆带动上锤芯2运动，上锤芯2撞击替打块4，通过高精度桩连接器5将能量传递给容器外的钢桩6，由此进行打桩。控制电缆与压力传感器24电性连接。脐带14与打桩锤壳体29密封连接。替打块4的圆柱表面的沟槽内具有密封圈，与打桩锤壳体29进行滑动密封连接。
[0048]高压水气系统包括高压充气阀13，以及外接的空压机(未图示)，空压机为空气压缩设备，可以随时更换。
[0049]參见图1所示，该装置中，耐压容器包括下筒体7和顶部的耐压盖8，下筒体7和耐压盖8之间设有一高性能密封圈12，二者用高强螺栓10和螺母11进行连接。
[0050]耐压盖8上具有穿入孔16，水密接头15焊接在穿入孔16内，脐带14和水密接头15以粘合的方式连接在一起，以确保其与耐压盖8之间的良好密封性，从而保证耐压容器内的压カ不损耗。
[0051]此外，该耐压盖8上还设置有高压水气系统的高压充气阀13，以使高压水气系统往耐压容器内注水及加压以模拟深水环境。耐压盖8的两侧还设置有2个吊耳便于对耐压容器进行搬运；下筒体7的一侧还设置有2个铰轴耳环(25)，用于连接铰轴式液压伸缩架。
[0052]耐压容器的内部设有自由导向系统，自由导向系统包括导向板9和滑轨17。滑轨17垂向设置在耐压容器的内部，导向板9固定连接液压打桩锤1，如可以采用焊接的方式固定连接，导向板9可在滑轨17上自由滑动，该滑轨17的底部设置有挡唇19进行限位，该挡唇19处还设置有位移传感器3以检测导向板9的位置，液压打桩锤I通过该自由导向系统进行打桩。高精度桩连接器5的上端支撑液压打桩锤I的替打块4，下端穿过耐压容器的密封导向套20通向耐压容器的外部与钢桩的桩套筒18连接。通过高精度桩连接器、自由导向系统和密封导向套20的设计，能确保深水高压カ环境下打桩作业的可行性。此外，为确保高精度桩连接器5与耐压容器的动态密封性，还可以在在高精度桩连接器5的外表面进行精加工，使其表面粗糙度在0.4以下，以提高其底部良好的动态密封性。
[0053]參见图2是密封导向套20处的局部放大图，密封导向套20内设一道或多道(本案可优选3道)密封圈22和一道或多道(本案可优选3道)导向带23。以实现对高精度桩连接器5和耐压容器的连接处进行密封和导向。耐压容器内部与密封导向套20之间布设多个(本案可优选8个)径向的支撑板21，如图所示，该支撑板能对密封导向套20和高精度桩连接器5进行支撑，使液压打桩锤能自由随桩下打。
[0054]本发明的工作原理和施工过程描述如下:
[0055]平放耐压容器，取下耐压盖8，将预先设计的导向板9分别固定于打桩锤I上，然后将其放在耐压容器内的滑轨17上。高精度桩连接器5的大部分穿过密封导向套20伸进耐压容器中，并使其紧紧顶住打桩锤I的替打块4，确保打桩锤I和导向板9处在滑轨的最上部。在进行打桩时，上锤芯2撞击替打块4，通过高精度桩连接器5将能量传递给容器外的钢桩6以进行打桩。
[0056]往耐压容器内注入一定量的水(注入水是由于深海具有巨大的压力，所以用顶部高压空气压水来模拟深水环境)，然后用高强螺栓10和螺母11将耐压盖8与下筒体7连接，构成密闭空间。利用起重设备勾住耐压盖8上的吊耳26，将耐压容器垂直吊起，使桩套筒18扣在预设的试验桩6的上方。通过高压充气阀13往耐压容器内注入高压空气，以利用高压空气注水来模拟深水环境。
[0057]压カ传感器24监测耐压容器的压カ数据，以使耐压容器内的压カ达到试验所需的数值。启动液压泵站及液压打桩锤I的电控系统，使液压打桩锤I处于工作状态即可进行深水打桩模拟试验，在进行打桩时，通过位移传感器3确定导向板9的位置，以便适时停锤。
[0058]在打垂直桩时，如图1所示，将该装置垂直放置，在打斜桩时，如图3所示，启动耐压容器的外侧设置的铰轴式液压伸缩架27，通过铰轴式液压伸缩架27将耐压容器升起一定角度，即可调整液压打桩锤I与水平面的夹角，以模拟深水环境下液压打桩锤打任意角度的斜桩的试验。
[0059]本发明的优点和有益效果是:
[0060]本案的深水液压打桩锤试验装置具有设计合理，制造方便，与实际环境相似度高，操作灵活，经济成本低廉的特点，且能满足多锤型的多功能深水试验。因此，有助于促进海洋工程装备自主研发，对于打破国外技术垄断、摆脱对进ロ的依赖、推动我国海エ装备走向高端市场具有重要意义。
[0061]本发明的装置的可免去深水液压打桩锤进行深水试验所需的起吊设备、水下脐带系统、桩基座设备费用及租用起重船、水下机器人、海上操作人员的大量费用；其能够具有深水液压打桩锤试验的兼容性，只需更换液压打桩锤的径向支撑板即可支持多锤型的模拟试验；该试验装置操作灵活、可靠性高，设计合理、制造方便。在深水液压打桩锤等海エ装备的深水试验方面具有很高的应用价值。
[0062]本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所掲示的本发明的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种深水液压打桩锤试验装置，包括高压水气系统、自由导向系统、铰轴式液压伸缩架和耐压容器组成； 该耐压容器用于容置液压打桩锤； 该高压水气系统用于往耐压容器内注水及加压以模拟深水环境； 该自由导向系统位于耐压容器内，用于导引液压打桩锤在设定的轨道上进行打桩； 该铰轴式液压伸缩架位于耐压容器外，用于控制该耐压容器与水平面的角度。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在干，该耐压容器包括下筒体和顶部的耐压盖，下筒体和耐压盖之间设有一密封圈进行密封。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在干，该自由导向系统包括设置在耐压容器内部的滑轨和可在滑轨上滑动的导向板；该导向板固定连接液压打桩锤，该滑轨的底部设置有挡唇进行限位。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，该挡唇处还设置有位移传感器以检测该导向板的位置。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在干，该液压打桩锤包括上锤芯、替打块和桩连接器，该桩连接器的上端支撑替打块，下端穿过ー密封导向套通向耐压容器的外部，与钢桩的桩套筒连接。
6.根据权利要求5所述的装置，该密封导向套内设一道或多道密封圈和导向带，以对桩连接器和耐压容器的连接处进行密封和导向。
7.根据权利要求5或6所述的装置，该耐压容器内部与密封导向套之间连接一径向的支撑板。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在干，还包括一脐带，该脐带内装有进油管、出油管和控制电缆； 该耐压盖上设置有穿入孔，该脐带一端通过该穿入孔密封连接液压打桩锤的打桩锤壳体，该替打块与该打桩锤壳体滑动密封连接。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在干，一水密接头与该穿入孔密封连接，该脐带与该水密接头密封连接。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在干，该耐压容器外部的ー侧设置有两个铰轴耳环以连接该铰轴式液压伸缩架。
【文档编号】G01M99/00GK103454111SQ201310409011
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2013年9月10日
【发明者】丁全智, 廉广社 申请人:太重（天津）滨海重型机械有限公司, 太原重工股份有限公司