一种用于钢桩浮拖运输的密封装置及方法与流程

1.本发明涉及海洋工程运输技术领域，具体而言，尤其涉及一种用于钢桩浮拖运输的密封装置及方法。


背景技术：

2.海洋结构物桩式基础的运输多采用驳船运输方式，而采用浮拖运输方式相比驳船运输更为经济。浮拖运输通常依靠其自身浮力或设置浮箱、绑扎浮筒等让其漂浮在水上，而海上风机桩式基础为钢桩结构，采用密封装置对钢桩两侧进行密封，即可满足浮力要求。而现有技术中，采用气囊密封或充气式密封因其在拖拽作业中，易发生破裂，导致浮力损失，其安全可靠性无法保证。目前，国内还没有应用桩塞密封进行海上风机钢桩基础的浮拖运输的案例。


技术实现要素：

3.根据上述提出的技术问题，而提供一种用于钢桩浮拖运输的密封装置及方法。
4.本发明采用的技术手段如下：
5.一种用于钢桩浮拖运输的密封装置，包括：吊装装置、驱动机构、多个横向定位装置、上盖板和下盖板，所述吊装装置与上盖板的上表面固定连接，多个所述横向定位装置沿圆周方向间隔安装在上盖板上，所述下盖板装配在上盖板的下方，所述驱动机构的两侧与吊装装置和下盖板相连。
6.进一步地，所述驱动机构为主加载液压缸。
7.进一步地，所述吊装装置采用平衡吊臂，所述平衡吊臂由钢板整体焊接而成，其下端焊接到上盖板的上表面；
8.所述平衡吊臂的上端焊接有吊装铰耳，所述吊装铰耳用于起吊密封装置和浮拖运输时连接船体；所述平衡吊臂的下端焊接有油缸上铰耳，所述油缸上铰耳与主加载液压缸的一端铰接。
9.进一步地，多个所述横向定位装置均匀分布，所述横向定位装置由焊接在上盖板上端面的小铰耳、横向定位液压缸和卡爪组成，所述横向定位液压缸的一端与小铰耳铰接，所述卡爪通过卡爪铰耳与横向定位液压缸的另一端相连，且卡爪通过轴与上盖板的侧耳板铰接，所述卡爪的前端还安装有橡胶垫块。
10.进一步地，所述上盖板的上端面焊接有圈板，所述圈板上与横向定位装置对应的位置开设有第一贯穿孔，所述第一贯穿孔的外侧面焊接侧耳板，用于安装卡爪。
11.进一步地，所述上盖板的上端面设有沿圆周方向均布的多个限位装置，所述限位装置呈倒l型，由竖向支架和连接在竖向支架顶部的横向支架组成，所述竖向支架连接在圈板的内侧，所述横向支架伸出圈板的前端设有钩子，用于卡住钢桩端部；所述上盖板的下端环板的外圈安装有橡胶圈。
12.进一步地，所述上盖板的中心开设有第二贯穿孔，所述下盖板的中部安装有中筒，
所述中筒插入第二贯穿孔中，所述中筒上穿出第二贯穿孔的上端焊接有限位环；所述第二贯穿孔的侧面安装有密封圈。
13.进一步地，所述中筒的下端焊接有下底板，所述下底板的中部焊接有油缸下铰耳，所述油缸下铰耳与主加载液压缸的另一端铰接。
14.进一步地，所述中筒的外侧焊接有多个加强筋板，所述多个加强筋板的外侧连接有内环板，所述内环板与外环板通过外底板相连，所述内环板上焊接有推动环，上盖板的橡胶圈安装于推动环和下端环板之间。
15.本发明还提供了一种用于钢桩浮拖运输的密封装置的密封方法，包括如下步骤：
16.s1、外部吊机通过平衡吊臂上端的两个铰耳相互配合将密封装置放置于钢桩内部，放置深度由限位装置卡住钢桩端部，实现轴向定位；
17.s2、横向定位装置中横向定位液压缸伸出，驱动卡爪绕轴旋转顶出，将卡爪前端的橡胶垫块与钢桩内壁挤压，将该密封装置横向定位；
18.s3、连接在平衡吊臂与下盖板之间的主加载液压缸驱动下盖板沿着轴向压缩；与此同时，带动推动环将橡胶圈向下端环板方向压缩，橡胶圈发生弹性变形，将钢桩与橡胶圈之间的间隙密封住；
19.s4、钢桩另一端面放置密封装置且重复步骤s1～步骤s3，即可密封住钢桩；
20.s5、用铰耳起吊钢桩置于水中，连接钢桩与拖船，即可进行浮拖运输；
21.s6、若反向进行以上操作，则是将钢桩两端密封解除的过程。
22.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
23.1、本发明提供的用于钢桩浮拖运输的密封装置及方法，装置由平衡吊臂、主加载液压缸、横向定位装置、上盖板和下盖板五大部分组成，结构紧凑，可靠性高，能够实现海上恶劣情况的操作。
24.2、本发明提供的用于钢桩浮拖运输的密封装置及方法，装置采用一个主加载液压缸驱动，对橡胶密封圈进行压缩，其压缩同步性易于保证，密封效果良好。
25.3、本发明提供的用于钢桩浮拖运输的密封装置及方法，与气囊或充气密封相比，不易发生气囊破裂漏水事故，其安全性更高。
26.4、本发明提供的用于钢桩浮拖运输的密封装置及方法，装置可重复使用，且可适用于相近管径的钢桩密封，通用性良好。
27.5、本发明提供的用于钢桩浮拖运输的密封装置及方法，相比驳船运输，采用该密封装置后对钢桩进行浮拖运输其成本更低。
28.基于上述理由本发明可在海洋工程运输等领域广泛推广。
附图说明
29.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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本发明密封装置整体示意图。
31.图2为本发明平衡吊臂示意图。
32.图3为本发明横向定位装置示意图。
33.图4为本发明卡爪细节图。
34.图5为本发明上盖板示意图。
35.图6为本发明下盖板示意图。
36.图7为本发明密封装置放置钢桩内部示意图。
37.图中：1、平衡吊臂；2、主加载液压缸；3、横向定位装置；4、上盖板；5、下盖板；6、吊装铰耳；7、油缸上铰耳；8、小铰耳；9、横向定位液压缸；10、卡爪；11、侧耳板；12、卡爪铰耳；13、轴；14、橡胶垫块；15、圈板；16、限位装置；17、密封圈；18、下端环板；19、橡胶圈；20、中筒；21、限位环；22、下底板；23、油缸下铰耳；24、加强筋板；25、内环板；26、推动环；27、外底板；28、外环板；29、钢桩。
具体实施方式
38.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
39.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
40.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
41.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
42.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
43.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特
征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
44.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
45.在海洋结构物的浮拖运输过程中，由于风、浪、流等环境荷载的作用，被拖海洋结构物的在六自由度方向上的运动响应，尤其是横荡、首摇这两个响应与对拖航的安全性影响较大。所以国内外对海洋结构物拖航过程中在环境载荷下的受力情况与运动响应做了很多研究，但国内外拖航作业较多依靠操作规范和经验，预先进行拖航研究的较少。海上风机钢桩基础也可采用浮拖运输的方式。将桩塞安装到钢桩的两端，钢桩就可以浮于海面。
46.本发明提供了一种用于钢桩浮拖运输的密封装置，是一种简单、可靠，易于回收的钢桩密封装置，属于海洋工程运输领域，用于海上钢桩密封及浮拖运输，用于水上浮拖运输时密封海上平台支腿，风电设备钢桩及其他大直径圆柱形构件。
47.如图1-7所示，该钢桩浮拖运输的密封装置主要由平衡吊臂1、主加载液压缸2、多个横向定位装置3、上盖板4和下盖板5五大部分组成，平衡吊臂1与上盖板4的上表面固定连接，多个横向定位装置3沿圆周方向均匀安装在上盖板4上，下盖板5装配在上盖板4的下方，主加载液压缸2的两侧与平衡吊臂1和下盖板5相连。
48.本实施方式中，平衡吊臂1采用龙门架结构，呈u型，开口朝向上盖板4。平衡吊臂1由钢板整体焊接完成后下端焊接到上盖板4上表面，平衡吊臂1上端焊接的吊装铰耳6可用于起吊密封装置和浮拖运输时连接船体，平衡吊臂1下端焊接有油缸上铰耳7，油缸上铰耳7与主加载液压缸2的上端铰接。
49.本实施方式中，横向定位装置3设有四个，由焊接在上盖板4上端面的小铰耳8、横向定位液压缸9、卡爪10组成，其中，横向定位液压缸9的一端与小铰耳8铰接，卡爪10通过卡爪铰耳12与横向定位液压缸9另一端的活塞杆相连，且卡爪10通过轴13与上盖板4的侧耳板11铰接，卡爪10的前端安装橡胶垫块14。
50.本实施方式中，上盖板4上端面焊接圈板15，在圈板15上与横向定位装置3对应位置打孔(即第一贯穿孔)，孔侧面焊接侧耳板11(侧耳板11焊接在圈板15的外壁)，用于安装卡爪10。上盖板4上端面设有沿圆周方向均布的六个限位装置16，限位装置16呈倒l型，由竖向支架和连接在竖向支架顶部的横向支架组成，竖向支架焊接在圈板15的内侧，横向支架伸出圈板15的前端设有钩子，用于卡住钢桩端部。上盖板4中间大孔(即第二贯穿孔)用于安装下盖板5，孔侧面安装密封圈17，上盖板4下端面连接的下端环板18的外圈安装橡胶圈19。
51.本实施方式中，下盖板5中部安装有中筒20，中筒20穿插出第二贯穿孔，中筒20上端焊接限位环21，中筒20下端焊接下底板22，下底板22中部焊接有位于中筒20内的油缸下铰耳23，油缸下铰耳23与主加载液压缸2的下端相连。中筒20外侧焊接多个加强筋板24，多个加强筋板24的外侧连接内环板25，内环板25与外环板28通过外底板27相连，内环板25上
焊接推动环26，橡胶圈19安装于推动环26和下端环板18中间。
52.本发明的密封装置整体放置于钢桩两端，其密封过程如下：
53.s1、外部吊机通过平衡吊臂1上端的两个铰耳6相互配合将密封装置放置于钢桩29内部，放置深度由限位装置16卡住钢桩端部，实现轴向定位；
54.s2、横向定位装置3中横向定位液压缸9伸出，驱动卡爪10绕轴13旋转顶出，将卡爪10前端的橡胶垫块14与钢桩29内壁挤压，将该密封装置横向定位；
55.s3、连接在平衡吊臂1与下盖板5之间的主加载液压缸2驱动下盖板5沿着轴向压缩；与此同时，带动推动环26将橡胶圈19向下端环板18方向压缩，橡胶圈19发生弹性变形，将钢桩29与橡胶圈19之间的间隙密封住；
56.s4、钢桩29另一端面放置密封装置且重复上述操作将会密封住钢桩；
57.s5、用铰耳6起吊钢桩置于水中，连接钢桩29与拖船，可进行浮拖运输；
58.s6、若反向进行如上操作，则是将钢桩两端密封解除的过程。
59.本发明密封装置由平衡吊臂、主加载液压缸、横向定位装置、上盖板和下盖板五大部分组成，结构紧凑，可靠性高，能够实现海上恶劣情况的操作。采用一个主加载液压缸驱动，对橡胶密封圈进行压缩，其压缩同步性易于保证，密封效果良好。与气囊或充气密封相比，不易发生气囊破裂漏水事故，其安全性更高。本发明密封装置可重复使用，且可适用于相近管径的钢桩密封，通用性良好。相比驳船运输，采用该密封装置后对钢桩进行浮拖运输其成本更低。将本发明密封装置装进钢桩后，加载液压缸启动，对橡胶密封圈产生压载，使其产生弹性变形，从而与钢桩内壁接触面压紧，达到密封的作用。该装置可用于海上风机钢桩单桩的漂浮拖航运输，从而使得海上风机钢桩的运输更为经济。
60.与传统的驳船运输方式相比，本发明在运输与安装过程中具有以下优势：a.运输过程中采用小型拖船即可，节省了租借大型驳船的费用；b.钢桩的扶正过程中采用1台浮吊即可扶正，与传统运输相比节省了1台浮吊；c.钢桩的转运与扶正过程中受到浮力作用，降低了惯性力的影响，可以避免磕碰损坏的问题；d.钢桩安装现场附近船只数量较传统运输方式更少，避免区域内船只发生碰撞。海上风机钢桩采用浮拖运输的方式在经济性、安全性以及应用前景方面均优于传统方式运输。
61.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种用于钢桩浮拖运输的密封装置，其特征在于，包括：吊装装置、驱动机构、多个横向定位装置(3)、上盖板(4)和下盖板(5)，所述吊装装置与上盖板(4)的上表面固定连接，多个所述横向定位装置(3)沿圆周方向间隔安装在上盖板(4)上，所述下盖板(5)装配在上盖板(4)的下方，所述驱动机构的两侧分别与吊装装置和下盖板(5)相连。2.根据权利要求1所述的用于钢桩浮拖运输的密封装置，其特征在于，所述驱动机构为主加载液压缸(2)。3.根据权利要求2所述的用于钢桩浮拖运输的密封装置，其特征在于，所述吊装装置采用平衡吊臂(1)，所述平衡吊臂(1)由钢板整体焊接而成，其下端焊接到上盖板(4)的上表面；所述平衡吊臂(1)的上端焊接有吊装铰耳(6)，所述吊装铰耳(6)用于起吊密封装置和浮拖运输时连接船体；所述平衡吊臂(1)的下端焊接有油缸上铰耳(7)，所述油缸上铰耳(7)与主加载液压缸(2)的一端铰接。4.根据权利要求2所述的用于钢桩浮拖运输的密封装置，其特征在于，多个所述横向定位装置(3)均匀分布，所述横向定位装置(3)由焊接在上盖板(4)上端面的小铰耳(8)、横向定位液压缸(9)和卡爪(10)组成，所述横向定位液压缸(9)的一端与小铰耳(8)铰接，所述卡爪(10)通过卡爪铰耳(12)与横向定位液压缸(9)的另一端相连，且卡爪(10)通过轴(13)与上盖板(4)的侧耳板(11)铰接，所述卡爪(10)的前端还安装有橡胶垫块(14)。5.根据权利要求4所述的用于钢桩浮拖运输的密封装置，其特征在于，所述上盖板(4)的上端面焊接有圈板(15)，所述圈板(15)上与横向定位装置(3)对应的位置开设有第一贯穿孔，所述第一贯穿孔的外侧面焊接侧耳板(11)，用于安装卡爪(10)。6.根据权利要求5所述的用于钢桩浮拖运输的密封装置，其特征在于，所述上盖板(4)的上端面设有沿圆周方向均布的多个限位装置(16)，所述限位装置(16)呈倒l型，由竖向支架和连接在竖向支架顶部的横向支架组成，所述竖向支架连接在圈板(15)的内侧，所述横向支架伸出圈板(15)的前端设有钩子，用于卡住钢桩端部；所述上盖板(4)的下端环板(18)的外圈安装有橡胶圈(19)。7.根据权利要求2所述的用于钢桩浮拖运输的密封装置，其特征在于，所述上盖板(4)的中心开设有第二贯穿孔，所述下盖板(5)的中部安装有中筒(20)，所述中筒(20)插入第二贯穿孔中，所述中筒(20)上穿出第二贯穿孔的上端焊接有限位环(21)；所述第二贯穿孔的侧面安装有密封圈(17)。8.根据权利要求7所述的用于钢桩浮拖运输的密封装置，其特征在于，所述中筒(20)的下端焊接有下底板(22)，所述下底板(22)的中部焊接有油缸下铰耳(23)，所述油缸下铰耳(23)与主加载液压缸(2)的另一端铰接。9.根据权利要求7所述的用于钢桩浮拖运输的密封装置，其特征在于，所述中筒(20)的外侧焊接有多个加强筋板(24)，所述多个加强筋板(24)的外侧连接有内环板(25)，所述内环板(25)与外环板(28)通过外底板(27)相连，所述内环板(25)上焊接有推动环(26)，上盖板(4)的橡胶圈(19)安装于推动环(26)和下端环板(18)之间。10.一种如权利要求1-9任意一项权利要求所述的用于钢桩浮拖运输的密封装置的密封方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、外部吊机通过平衡吊臂(1)上端的两个铰耳(6)相互配合将密封装置放置于钢桩
(29)内部，放置深度由限位装置(16)卡住钢桩端部，实现轴向定位；s2、横向定位装置(3)中横向定位液压缸(9)伸出，驱动卡爪(10)绕轴(13)旋转顶出，将卡爪(10)前端的橡胶垫块(14)与钢桩(29)内壁挤压，将该密封装置横向定位；s3、连接在平衡吊臂(1)与下盖板(5)之间的主加载液压缸(2)驱动下盖板(5)沿着轴向压缩；与此同时，带动推动环(26)将橡胶圈(19)向下端环板(18)方向压缩，橡胶圈(19)发生弹性变形，将钢桩(29)与橡胶圈(19)之间的间隙密封住；s4、钢桩(29)另一端面放置密封装置且重复步骤s1～步骤s3，即可密封住钢桩；s5、用铰耳(6)起吊钢桩置于水中，连接钢桩(29)与拖船，即可进行浮拖运输；s6、若反向进行以上操作，则是将钢桩两端密封解除的过程。

技术总结
本发明提供一种用于钢桩浮拖运输的密封装置及方法，装置包括：吊装装置、驱动机构、多个横向定位装置、上盖板和下盖板，所述吊装装置与上盖板的上表面固定连接，多个所述横向定位装置沿圆周方向间隔安装在上盖板上，所述下盖板装配在上盖板的下方，所述驱动机构的两侧分别与吊装装置和下盖板相连。本发明结构紧凑，可靠性高，能够实现海上恶劣情况的操作。能够实现海上恶劣情况的操作。能够实现海上恶劣情况的操作。


技术研发人员：衣启青 韩力 于骁 刘丹 刘子砚
受保护的技术使用者：大连华锐重工集团股份有限公司
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/10/5