CN110254635A - 一种海洋平台的自动打桩装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种海洋平台的自动打桩装置，属于海洋工程技术领域。自动打桩装置包括一安装板和设置在安装板和位于安装板下表面的若干个打桩单元，打桩单元包括固定在安装板上的固定筒，固定筒内连接有一钻头，钻头与固定筒之间花键连接，钻头内有一螺纹孔，螺纹孔内螺纹连接有一驱动杆，驱动杆的上端固定设置有至少一个锥齿轮一，固定筒上开设有一液压腔，液压腔的两端分别连通一液压输入总管和一液压回流管，液压输入总管连接一液压泵一，液压腔内转动连接有与锥齿轮一一对应的涡轮，涡轮外固定设置有与固定筒通过轴承连接的轴套，轴套上具有与锥齿轮一啮合的锥齿轮二。本发明具有能够远程打桩等优点。

Description

一种海洋平台的自动打桩装置

技术领域

本发明属于海洋工程技术领域，涉及一种海洋平台的自动打桩装置。

背景技术

海洋平台是为在海上进行钻井、采油、集运、观测、导航、施工等活动提供生产和生活设施的构筑物，按结构特性和工作状态可分为固定式、活动式和半固定式三大类。固定式平台的下部由桩、扩大基脚或其他构造直接支承并固着于海底，按支承情况分为桩基式和重力式两种。活动式平台浮于水中或支承于海底，能从一井位移至另一井位，按支承情况可分为着底式和浮动式两类。近年来正在研究新颖的半固定式海洋平台，它既能固定在深水中，又具有可移性，典型的半固定式海洋平台为张力腿式平台，该平台的原理是利用半顺应半刚性的平台产生远大于结构自重的浮力，从而与预张力平衡，以此为生产提供一个相对平稳安全的工作环境，并且其自身的直立浮筒结构也能使其具有良好的运动性能，但是，这种平台受到海浪等影响，存在移动的情况，不利于平台的平稳和稳定的坐标作业。

而固定式平台，需要海底作业，海底作业难度大，风险大，且需要迁移平台时需要较长的周期。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种海洋平台的自动打桩装置，本发明所要解决的技术问题是如何将钻头高效的推进至海底陆地之下。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种海洋平台的自动打桩装置，其特征在于，自动打桩装置包括一安装板和设置在安装板和位于安装板下表面的若干个打桩单元，所述打桩单元包括固定在安装板上的固定筒，所述固定筒内连接有一钻头，所述钻头与固定筒之间花键连接，所述钻头内有一螺纹孔，所述螺纹孔内螺纹连接有一驱动杆，所述驱动杆的上端固定设置有至少一个锥齿轮一，所述固定筒上开设有一液压腔，所述液压腔的两端分别连通一液压输入总管和一液压回流管，所述液压输入总管连接一液压泵一，所述液压腔内转动连接有与锥齿轮一一一对应的涡轮，所述涡轮外固定设置有与固定筒通过轴承连接的轴套，所述轴套上具有与锥齿轮一啮合的锥齿轮二；

所述驱动杆的下单固定设置有一饼状的配重块，所述配重块内开设有一缓冲腔，所述缓冲腔内滑动连接有一缓冲块，所述缓冲块的上端面与缓冲腔的顶面之间、缓冲块的下端面与缓冲腔的底部之间分别连接有处于压缩状态下缓冲弹簧，所述配重块上开设有两个贯通缓冲腔内周壁和配重块外周面的插孔，所述插孔内插设有一撞击杆，两根撞击杆对称分布在配重块上，所述撞击杆的内端与缓冲块固定相连，所述撞击杆的外端固定设置有一撞击球，所述撞击球插设在螺纹孔对应的螺纹槽内，所述配重块旋转能够在撞击球与螺纹槽的配合下驱动所述钻头沿固定筒上移或下移。

缓冲腔与缓冲块之间的花键连接。

缆索在液力不作用在稳压腔内时，由于定位销不受到作用于定位凹口的作用力，从而使相邻转臂之间可以相对摆动，相邻转臂之间允许转动的自由度处于同一平面内，使整个缆索处于柔性状态下，当稳压腔受到较大液压力时，定位销能够卡入定位凹口内，使铰接头与铰接腔内壁之间的被固定，从而使缆索处于刚性状态。

配重体为具有较大质量的、用于稳定基体的重块，缆索用于牵引并对基体的外围进行定位，使基体不能够被海浪等外界作用力而推动。

打桩单元能够使缆索的下端与海底陆地相连，其相连的方式也是通过液力驱动涡轮旋转，涡轮的旋转扭矩转移至钻头上，使处于刚性状态下的缆索作用于安装板，将安装板紧压在海底陆地之上，使钻头的旋转能够挤入海底陆地之下，实现缆索下端与海底陆地之间的连接。

在上述的一种海洋平台的自动打桩装置中，每个打桩单元上的锥齿轮一有两个，且对称分布在锥齿轮二的两侧，两个锥齿轮一同时啮合锥齿轮二，两个锥齿轮一对应的涡轮在液流方向一致的情况下转动方向相反。

两个锥齿轮一能够提高锥齿轮二的旋转可靠性和稳定性，同时充分利用液流压力，在打桩过程中液力应该保持平稳和恒定。

在上述的一种海洋平台的自动打桩装置中，各所述打桩单元的液压腔依次相连后形成一液力通道，所述液力通道的两端分别连接液压输入总管和液压回流管。

各液力通道串联后与液压输入总管和液压回流管相连通。

在上述的一种海洋平台的自动打桩装置中，所述螺纹槽上均匀设置有若干蓄力结构，相邻蓄力结构之间的相位差为180°，所述蓄力结构包括分别设置在螺纹槽的两侧壁上的蓄力缺口，所述蓄力缺口为使螺纹槽在该部位宽度增大的曲面，所述蓄力缺口与对应的螺纹槽侧壁之间的连接处平滑过渡。

海底陆地的土质不同，所需的钻孔压力较大，为了提高打桩的可靠性和效率，通过撞击球撞击螺纹槽的方式驱动钻头下移，当撞击球位于平顺的螺纹槽部位时，如果驱动力不够，缓冲块会因螺纹孔与配重块之间的位置发生变化二压紧其中一个缓冲弹簧，如打桩时压紧配重块上方的压紧弹簧，卸桩时压紧配重块下方的压紧弹簧，当撞击球越过蓄力缺口至重新回到螺纹槽的平顺段时，螺旋倾角发生较大的变化，使撞击球能够猛烈撞击螺纹槽，加之之前蓄力的缓冲弹簧的回位，使钻头受到向下或向上的较大冲击力，从而实现高效打桩或卸桩，使打桩和卸桩具有冲击力，大大提高了效率，降低了对土质的要求。

附图说明

图1是本海洋平台的结构示意图。

图2是打桩装置的结构示意图。

图3是图2中局部A的放大图。

图4是图3中局部B的放大图。

图5是打桩结构的截面图。

图6是图5中局部C的放大图。

图中，11、基体；12、载板；13、配重体；14、卷筒；2、缆索；21、外套波纹管；22、液压输入总管；23、液压回流管；24、铰接头；25、铰接腔；26、液压输入歧管；27、稳压腔；28、定位销；29、定位凹口；291、转柱；31、安装板；32、固定筒；33、钻头；34、驱动杆；35、锥齿轮一；36、液压腔；37、涡轮；38、轴套；39、锥齿轮二；41、液力通道；42、配重块；43、缓冲腔；44、缓冲块；45、缓冲弹簧；46、插孔；47、撞击球；48、蓄力缺口；5、推进器。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1、图2、图3和图4所示，本海洋平台包括基体11、位于基体11下方的载板12和位于载板12下方的配重体13，载板12与海底陆地之间设置有能够将载板12与海底陆地相连的锚泊系统，锚泊系统包括若干个设置在载板12缘部的锚泊装置，锚泊装置包括转动连接在载板12上的卷筒14，卷筒14上绕设有缆索2，缆索2的下端连接有一自动打桩结构，缆索2包括本体和套设在本体外的外套波纹管21、位于外套波纹管21内的液压输入总管22和位于外套波纹管21内的液压回流管23，本体由若干转臂首尾相连形成，转臂的一端具有一铰接头24，转臂的另一端具有与铰接头24匹配的铰接腔25，转臂上连接一液压输入歧管26，各液压输入歧管26均与液压输入总管22相连通，铰接头24内具有与液压输入歧管26相通的稳压腔27，铰接头24上开设有两个贯穿稳压腔27内壁与铰接头24外壁的导向孔，导向孔内滑动连接有一定位销28，铰接腔25的内壁上设置有至少四个能够与定位销28的外端适配的定位凹口29；

自动打桩结构包括与转臂下端固定相连的安装板31和设置在安装板31下表面的若干个打桩单元，打桩单元包括固定在安装板31上的固定筒32，固定筒32内连接有一钻头33，钻头33与固定筒32之间花键连接，钻头33内有一螺纹孔，螺纹孔内螺纹连接有一驱动杆34，驱动杆34的上端固定设置有至少一个锥齿轮一35，固定筒32上开设有一液压腔36，液压腔36的两端分别连通液压输入总管22的末端和液压回流管23的首端，液压腔36内转动连接有与锥齿轮一35一一对应的涡轮37，涡轮37外固定设置有与固定筒32通过轴承连接的轴套38，轴套38上具有与锥齿轮一35啮合的锥齿轮二39。

缆索2在液力不作用在稳压腔27内时，由于定位销28不受到作用于定位凹口29的作用力，从而使相邻转臂之间可以相对摆动，相邻转臂之间允许转动的自由度处于同一平面内，使整个缆索2处于柔性状态下，当稳压腔27受到较大液压力时，定位销28能够卡入定位凹口29内，使铰接头24与铰接腔25内壁之间的被固定，从而使缆索2处于刚性状态。

配重体13为具有较大质量的、用于稳定基体11的重块，缆索2用于牵引并对基体11的外围进行定位，使基体11不能够被海浪等外界作用力而推动。

打桩单元能够使缆索2的下端与海底陆地相连，其相连的方式也是通过液力驱动涡轮37旋转，涡轮37的旋转扭矩转移至钻头33上，使处于刚性状态下的缆索2作用于安装板31，将安装板31紧压在海底陆地之上，使钻头33的旋转能够挤入海底陆地之下，实现缆索2下端与海底陆地之间的连接。

转臂包括设置有铰接头24的上半段和设置有铰接腔25的下半段，上半段和下半段之间通过轴承相连。该结构是为了避免卷筒14卷收缆索2时发生卡死和打结的情况，提高缆索2的柔顺性。

如图5所示，每个打桩单元上的锥齿轮一35有两个，且对称分布在锥齿轮二39的两侧，两个锥齿轮一35同时啮合锥齿轮二39，两个锥齿轮一35对应的涡轮37在液流方向一致的情况下转动方向相反。两个锥齿轮一35能够提高锥齿轮二39的旋转可靠性和稳定性，同时充分利用液流压力，在打桩过程中液力应该保持平稳和恒定。

各打桩单元的液压腔36依次相连后形成一液力通道41，液力通道41的两端分别连接液压输入总管22和液压回流管23。各液力通道41串联后与液压输入总管22和液压回流管23相连通。

铰接腔25内壁上转动连接有若干个等间距分布的转柱291，定位凹口29由相邻转柱291之间的间隙形成，定位销28的外端能够同时抵靠在同一定位凹口29对应的两个转柱291上。

通过相邻转柱291之间的间隙和转柱291外曲面之间的开口形成定位凹口29，能够增大定位销28与之脱离的灵敏度，而实际上，在没有较大驱动力作用的情况下，转臂也不会因为转柱291旋转的灵敏度较高而稳定性下降，因为在刚性状态下，相邻转臂之间受到的力绝大部分处于与转臂平行的方向，缆索2很长，而缆索2末端固定在海底陆地上时的倾角也不大，导致转臂的弯曲程度很小，受力集中在与之平行的方向上，所以定位销28失去定位凹口29限位作用的可能性较低，加之局部的弯曲也不会直接影响缆索2的刚性，因为相邻转臂之间存在配合间隙，这些配合间隙是通过定位销28压紧消除的，所以缆索2的刚性状态下的可靠性极高。

如图5和图6所示，驱动杆34的下单固定设置有一饼状的配重块42，配重块42内开设有一缓冲腔43，缓冲腔43内滑动连接有一缓冲块44，缓冲块44的上端面与缓冲腔43的顶面之间、缓冲块44的下端面与缓冲腔43的底部之间分别连接有处于压缩状态下缓冲弹簧45，配重块42上开设有两个贯通缓冲腔43内周壁和配重块42外周面的插孔46，插孔46内插设有一撞击杆，两根撞击杆对称分布在配重块42上，撞击杆的内端与缓冲块44固定相连，撞击杆的外端固定设置有一撞击球47，撞击球47插设在螺纹孔对应的螺纹槽内，配重块42旋转能够在撞击球47与螺纹槽的配合下驱动钻头33沿固定筒32上移或下移。

缓冲腔43与缓冲块44之间的花键连接。

螺纹槽上均匀设置有若干蓄力结构，相邻蓄力结构之间的相位差为180°，蓄力结构包括分别设置在螺纹槽的两侧壁上的蓄力缺口48，蓄力缺口48为使螺纹槽在该部位宽度增大的曲面，蓄力缺口48与对应的螺纹槽侧壁之间的连接处平滑过渡。海底陆地的土质不同，所需的钻孔压力较大，为了提高打桩的可靠性和效率，通过撞击球47撞击螺纹槽的方式驱动钻头33下移，当撞击球47位于平顺的螺纹槽部位时，如果驱动力不够，缓冲块44会因螺纹孔与配重块42之间的位置发生变化二压紧其中一个缓冲弹簧45，如打桩时压紧配重块42上方的压紧弹簧，卸桩时压紧配重块42下方的压紧弹簧，当撞击球47越过蓄力缺口48至重新回到螺纹槽的平顺段时，螺旋倾角发生较大的变化，使撞击球47能够猛烈撞击螺纹槽，加之之前蓄力的缓冲弹簧45的回位，使钻头33受到向下或向上的较大冲击力，从而实现高效打桩或卸桩，使打桩和卸桩具有冲击力，大大提高了效率，降低了对土质的要求。

液压输入总管22的首端并联设置有一排液管一和液压泵一，液压回流管23的末端并联设置有排液管二和液压泵二，排液管一和排液管二上分别设置一阀门。排液管一可以通过设置其上的阀门开启或关闭，排液管二可以通过设置其上的阀门开启或关闭，使液压输入总管22的首端既可以作为压力输入端也可以作为排液段，液压回流管23的末端也可以作为压力输入端和排液端，液压输入总管22的首端作为压力输入端时为打桩状态，液压回路管的末端作为压力输入端时为卸桩状态，容易一端为压力输入端，只要保持稳压腔27较大压力即可实现缆索2的刚化，解除稳压腔27的压力即可使缆索2恢复柔性状态。

安装板31上设置有若干推进器5，推进器5包括桨片和与桨片相连的驱动电机，桨片和驱动电机均设置在一个套筒内，套筒的中部铰接在安装板31上，套筒的连管分别设置一液压缸，液压缸的缸体固定在安装板31上，液压缸的推杆铰接在套筒上，驱动电机连接设置在基体11上的电源，驱动电机和电源之间的导线穿设在外套波纹管21内。至少两个推进器5，两者相互垂直，用于控制前进、后退、左行、右行、上行或下行，液压缸控制桨片的朝向实现，液压缸的控制通过常规方式即可实现，其需要的电源器的导线穿设在外套波纹管21内，牵引至基体11上，进行远程控制。

安装板31上设置有摄像头。摄像头能够远程观察打桩、卸桩情况，以及缆索2的基本状态。

本半固定式海洋平台固定在海底陆地上的方法如下：

首先，卷筒14放出缆索2，并通过控制推进器5，使缆索2的末端的自动打桩结构达到目标位置，目标位置应该向基体11外侧倾斜至少5°的角度；

将液压输入总管22首端的排液管一通过阀门截止，启动液压泵一，液压泵二停止运行，排液管二与液压回流管23相通，使缆索2由柔性状态转变为刚性状态，使安装板31能够受到压紧力；

液流通过液压腔36，能够驱使各涡轮37旋转，并使钻头33下移至嵌入海底陆地，实现缆索2与海底陆地的相连；

然后暂停液压泵一，使缆索2重新恢复柔性状态，转动卷筒14使缆索2张紧，再次启动液压泵一，使缆索2在相对平直的状态下恢复刚性状态；维持液流压力，并控制液流不再流通即可保持钻头33稳定的嵌入海底陆地内；

本半固定式海洋平台解除与海底陆地相连的方法如下：

将液压回流管23末端的排液管二通过阀门截止，启动液压泵二，液压泵一停止运行，排液管一与液压输入总管22相通，使液流反向流通，涡轮37受到反向作用力能够使钻头33上移至脱离与海底陆地的相连；

控制推进器5辅助钻头33脱离海底陆地，待打桩结构完全脱离地面后，暂停液压泵二的运行，使缆索2处于柔性状态，转动卷筒14使缆索2卷收在卷筒14上，完成缆索2的回收和海底平台与海底陆地之间的解除。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (4)

1.一种海洋平台的自动打桩装置，其特征在于，自动打桩装置包括一安装板(31)和设置在安装板(31)和位于安装板(31)下表面的若干个打桩单元，所述打桩单元包括固定在安装板(31)上的固定筒(32)，所述固定筒(32)内连接有一钻头(33)，所述钻头(33)与固定筒(32)之间花键连接，所述钻头(33)内有一螺纹孔，所述螺纹孔内螺纹连接有一驱动杆(34)，所述驱动杆(34)的上端固定设置有至少一个锥齿轮一(35)，所述固定筒(32)上开设有一液压腔(36)，所述液压腔(36)的两端分别连通一液压输入总管(22)和一液压回流管(23)，所述液压输入总管(22)连接一液压泵一，所述液压腔(36)内转动连接有与锥齿轮一(35)一一对应的涡轮(37)，所述涡轮(37)外固定设置有与固定筒(32)通过轴承连接的轴套(38)，所述轴套(38)上具有与锥齿轮一(35)啮合的锥齿轮二(39)；

所述驱动杆(34)的下单固定设置有一饼状的配重块(42)，所述配重块(42)内开设有一缓冲腔(43)，所述缓冲腔(43)内滑动连接有一缓冲块(44)，所述缓冲块(44)的上端面与缓冲腔(43)的顶面之间、缓冲块(44)的下端面与缓冲腔(43)的底部之间分别连接有处于压缩状态下缓冲弹簧(45)，所述配重块(42)上开设有两个贯通缓冲腔(43)内周壁和配重块(42)外周面的插孔(46)，所述插孔(46)内插设有一撞击杆，两根撞击杆对称分布在配重块(42)上，所述撞击杆的内端与缓冲块(44)固定相连，所述撞击杆的外端固定设置有一撞击球(47)，所述撞击球(47)插设在螺纹孔对应的螺纹槽内，所述配重块(42)旋转能够在撞击球(47)与螺纹槽的配合下驱动所述钻头(33)沿固定筒(32)上移或下移。

2.根据权利要求1所述一种海洋平台的自动打桩装置，其特征在于，每个打桩单元上的锥齿轮一(35)有两个，且对称分布在锥齿轮二(39)的两侧，两个锥齿轮一(35)同时啮合锥齿轮二(39)，两个锥齿轮一(35)对应的涡轮(37)在液流方向一致的情况下转动方向相反。

3.根据权利要求2所述一种海洋平台的自动打桩装置，其特征在于，各所述打桩单元的液压腔(36)依次相连后形成一液力通道(41)，所述液力通道(41)的两端分别连接液压输入总管(22)和液压回流管(23)。

4.根据权利要求1或2或3所述一种海洋平台的自动打桩装置，其特征在于，所述螺纹槽上均匀设置有若干蓄力结构，相邻蓄力结构之间的相位差为180°，所述蓄力结构包括分别设置在螺纹槽的两侧壁上的蓄力缺口(48)，所述蓄力缺口(48)为使螺纹槽在该部位宽度增大的曲面，所述蓄力缺口(48)与对应的螺纹槽侧壁之间的连接处平滑过渡。