1.本发明涉及自升式海工平台技术领域，尤其是一种自升式风电安装平台的冲桩系统及其使用方法。


背景技术：

2.随着环保问题的日益突显和能源需求的快速增长，风能作为一种清洁的可再生能源，受到世界各国的高度重视。海上风力发电因其拥有更好的风能条件和可观的环保价值，近年来发展非常迅速。海上风电安装平台作为风电场建设的一个重要基础装备，需求量也持续快速增长；越来越多的风电安装平台投入到沿海作业，由于我国沿海地质条件极为复杂，平台在拔桩时出现的问题较多，例如拔桩时间曾超过一周的；又如为了拔桩而一味倾斜平台来减小桩靴吸附力，造成倾斜过大，损坏升降系统电器控制机构的。针对风电安装平台这种投资动辄上亿、日租金几十万的大型装备，事故造成的经济损失不可估量。
3.自升式风电安装平台每次更换作业地点都需要进行拔桩操作，对于带桩靴的自升式风电安装平台来说，整个作业过程中，难度大、危险性高、且作业时间相对较长的环节之一即是拔桩作业。拔桩过程会受到各种阻力，阻力大小受风浪流作用、桩靴入泥深度、插桩周围土质、桩靴形状、桩靴周围土壤对桩靴吸附力等因素的影响。其中，桩靴周围土壤对桩靴吸附力对拔桩阻力影响最大。
4.现有的海上风电安装平台的冲桩系统几乎都是由一条冲桩管路主线串联多级冲桩管路支线构成，冲桩管路支线在对应桩靴的相应位置处进行出水冲桩。由于冲桩过程中，每个冲桩管路支线的阻力都不相同，会造成不同位置桩靴被冲开的先后顺序不同；此时，由于出现了泄水通道，其他冲桩管路支线内的水压势必将会降低，将导致泥土阻力较大的桩靴位置迟迟无法冲开。也就是说，现有的冲桩系统极易出现部分桩靴已经松动，但仍然有桩靴被泥土吸附住的现象，这样就需要通过阀门调节来关闭已经冲桩完毕的支路，再来依次完成剩余吸附桩靴的冲桩，整个冲桩过程周期会比较长，操作比较麻烦，严重影响了风电安装平台的施工作业效率。


技术实现要素：

5.本技术人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的自升式风电安装平台的冲桩系统及其使用方法，从而极大地保证了多个桩靴同时达到拔桩条件，并同时进行拔桩操作，使得拔桩顺畅、作业效率高，稳定可靠实用。
6.本发明所采用的技术方案如下：
7.一种自升式风电安装平台的冲桩系统，包括船体，所述船体四个角处均设置有固桩室，上下贯穿固桩室安装有桩腿，桩腿底端安装有伸入海底的桩靴，单个桩腿内向下伸至桩靴均布置有冲桩管路；所述船体的机舱内设置有供气供水系统，供气供水系统包括有高压水供应系统、低压水供应系统和供气系统，供气供水系统通过与桩腿一一对应的水气供应管路向冲桩管路供应水或气。
8.作为上述技术方案的进一步改进：
9.所述高压水供应系统和低压水供应系统分别将海水总管中的水经滤器后以高压或低压的状态输送至冲桩管路中。
10.所述高压水供应系统的结构为：包括高压冲洗泵，高压冲洗泵输入端的管路上安装有高压真空压力表，高压冲洗泵输出端的管路上安装有高压压力表；所述高压真空压力表与滤器之间的管路上还安装有高压截止阀，高压压力表后方的管路上依次串装有单向阀和球阀；
11.所述低压水供应系统的结构为：包括消防泵，消防泵输入端的管路上安装有低压真空压力表，消防泵输出端的管路上安装有低压压力表；所述低压真空压力表与滤器之间的管理上安装有低压截止阀。
12.所述高压水供应系统与水气供应管路、冲桩管路一一对应布置；所述低压水供应系统和供气系统的数量均为一组，其同一时间同步输送至各个水气供应管路、冲桩管路中。
13.位于船体同侧的两组水气供应管路之间通过支路连通，支路上串接有通断阀，低压水供应系统、供气系统与支路一侧的其中一组水气供应管路相连通。
14.所述供气系统的结构为：包括空气瓶，空气瓶输入端经气水分离器连通有空气压缩机，位于气水分离器两侧的管路上均串装有截止止回阀；所述气水分离器上还连接有供气截止阀；所述空气瓶输出端与水气供应管路连通。
15.所述冲桩管路包括有分别冲刷桩靴上方和下方的两组冲刷回路，单组水气供应管路经分支管路分流并同步与对应冲桩管路中的两组冲刷回路连接，单组冲刷回路上部均沿着竖直长度方向间隔设置有多个壬接头公头，单组冲刷回路中的其中一个壬接头公头与分支管路连通，其余壬接头公头上均盖有壬接头端盖。
16.所述水气供应管路端部通过三通分流成三路，其中两路分别经分管、软管、壬接头母头与冲刷回路的壬接头公头连通，另一路设置为泄压管路，构成分支管路；所述分管与软管之间通过相同的壬接头母头连接。
17.单组冲刷回路的结构为：包括与分支管路连通、间隔设置有壬接头公头的立管，立管底端连接有几型管，几型管两底端分别连通至下方口型管相对的两边上；所述口型管上沿着周向间隔通过竖管向着桩靴的方向安装有喷嘴，立管上还串装有冲桩单向阀和冲桩球阀。
18.一种所述的自升式风电安装平台的冲桩系统的使用方法，包括如下步骤：
19.海水总管中的海水经高压水供应系统后向水气供应管路供应，经冲桩管路后在桩靴顶面和底面向外冲刷；
20.当高压水供应系统中压力值明显下降时，由高压水供应系统切换至低压水供应系统进行使用；
21.海水总管中的海水经低压水供应系统同步向各个水气供应管路、冲桩管路进行供水，使得四个桩靴同步达到拔桩条件；
22.在拔桩将桩靴收纳至船体中前，由供气系统同步向各个水气供应管路、冲桩管路进行供气，对桩靴进行吹洗。
23.本发明的有益效果如下：
24.本发明结构紧凑、合理，操作方便，使用时，先由高压水冲洗通畅，在桩靴与泥土之
间产生间隙，然后将低压水灌注至桩靴与泥土之间，破坏泥土对桩靴的吸附力，并且在桩靴拔起上行并收至船体内时，通过压缩空气来吹洗表面的附作物，从而实现了桩靴的拔桩，并且使得多个桩靴同时达到拔桩条件并能够进行同时拔桩操作，显著提升了拔桩作业效率，稳定可靠实用；
25.同侧的两组水气供应管路之间通过支路连通，实现同舷侧的两台高压冲洗泵互为备用，助力于增加系统的冗余度，提升使用可靠性；
26.本发明中，供水系统分为高压水供应系统和低压水供应系统，其中高压水供应系统中所选管材需要能够承受极高压，低压水供应系统中所选管材的要求相对低一些；高压水供应系统和低压水供应系统通过单向阀进行隔离，依次使用；
27.冲桩管路中在桩靴的上方和下方分别设置冲刷回路，再从冲刷回路上通过竖管间隔布置引出喷射的喷嘴，简洁紧凑，便于布置安装，并且结构简单，故障点少，便于维护检修。
附图说明
28.图1为本发明的使用状态示意图。
29.图2为本发明的管路布置示意图。
30.图3为本发明高压水供应系统的结构示意图。
31.图4为本发明低压水供应系统的结构示意图。
32.图5为本发明供气系统的结构示意图。
33.图6为本发明分支管路的结构示意图。
34.图7为本发明冲桩管路的结构示意图。
35.图8为本发明喷嘴的结构示意图。
36.图9为图8中沿a-a的剖视图。
37.其中：1、船体；10、海底；11、固桩室；12、桩腿；13、桩靴；2、水气供应管路；3、分支管路；4、冲桩管路；5、高压水供应系统；6、低压水供应系统；7、供气系统；8、海水总管；
38.21、支路；22、滤器；
39.31、分管；32、壬接头母头；33、软管；34、壬接头端盖；35、泄压管路；
40.40、喷嘴；41、壬接头公头；42、冲桩单向阀；43、立管；44、冲桩球阀；45、几型管；46、口型管；47、竖管；401、半圆钢管；402、端板；
41.51、高压冲洗泵；52、高压压力表；53、单向阀；54、球阀；55、高压真空压力表；56、高压截止阀；
42.61、消防泵；62、低压压力表；63、低压真空压力表；64、低压截止阀；
43.71、空气瓶；72、供气截止阀；73、截止止回阀；74、气水分离器；75、空气压缩机。
具体实施方式
44.下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
45.如图1和图2所示，本实施例的一种自升式风电安装平台的冲桩系统，包括船体1，船体1四个角处均设置有固桩室11，上下贯穿固桩室11安装有桩腿12，桩腿12底端安装有伸入海底10的桩靴13，单个桩腿12内向下伸至桩靴13均布置有冲桩管路4；船体1的机舱内设
置有供气供水系统，供气供水系统包括有高压水供应系统5、低压水供应系统6和供气系统7，供气供水系统通过与桩腿12一一对应的水气供应管路2向冲桩管路4供应水或气。
46.使用时，先由高压水冲洗通畅，在桩靴13与泥土之间产生间隙，然后将低压水灌注至桩靴13与泥土之间，破坏泥土对桩靴13的吸附力，并且在桩靴13拔起上行并收至船体1内时，通过压缩空气来吹洗表面的附作物，从而实现了桩靴13的拔桩，并且使得多个桩靴13同时达到拔桩条件并能够进行同时拔桩操作。
47.高压水供应系统5和低压水供应系统6分别将海水总管8中的水经滤器22后以高压或低压的状态输送至冲桩管路4中。
48.如图3所示，高压水供应系统5的结构为：包括高压冲洗泵51，高压冲洗泵51输入端的管路上安装有高压真空压力表55，高压冲洗泵51输出端的管路上安装有高压压力表52；高压真空压力表55与滤器22之间的管路上还安装有高压截止阀56，高压压力表52后方的管路上依次串装有单向阀53和球阀54；
49.如图4所示，低压水供应系统6的结构为：包括消防泵61，消防泵61输入端的管路上安装有低压真空压力表63，消防泵61输出端的管路上安装有低压压力表62；低压真空压力表63与滤器22之间的管理上安装有低压截止阀64。
50.本实施例中，消防泵61兼做低压冲洗泵。
51.通过高压水供应系统5、低压水供应系统6分别为冲桩系统提供高压水和低压水。
52.高压水供应系统5与水气供应管路2、冲桩管路4一一对应布置；低压水供应系统6和供气系统7的数量均为一组，其同一时间同步输送至各个水气供应管路2、冲桩管路4中。
53.位于船体1同侧的两组水气供应管路2之间通过支路21连通，支路21上串接有通断阀，低压水供应系统6、供气系统7与支路21一侧的其中一组水气供应管路2相连通；支路21的设置实现了同舷侧的两台高压冲洗泵51互为备用，助力于增加系统的冗余度，提升使用可靠性。
54.如图5所示，供气系统7的结构为：包括空气瓶71，空气瓶71输入端经气水分离器74连通有空气压缩机75，位于气水分离器74两侧的管路上均串装有截止止回阀73；气水分离器74上还连接有供气截止阀72，通过供气截止阀72外接输出管路，来适时排出压缩空气中的凝结水；空气瓶71输出端与水气供应管路2连通。
55.本实施例中，空气压缩机75带有自动启停功能，空气瓶71带有低压报警指示。
56.冲桩管路4包括有分别冲刷桩靴13上方和下方的两组冲刷回路，单组水气供应管路2经分支管路3分流并同步与对应冲桩管路4中的两组冲刷回路连接，单组冲刷回路上部均沿着竖直长度方向间隔设置有多个壬接头公头41，单组冲刷回路中的其中一个壬接头公头41与分支管路3连通，其余壬接头公头41上均盖有壬接头端盖34，以保证冲桩时立管43的密闭性。
57.冲桩管路4中在桩靴13的上方和下方分别设置冲刷回路，再从冲刷回路上通过竖管47间隔布置引出喷射的喷嘴40，简洁紧凑，便于布置安装，并且结构简单，故障点少，便于维护检修。
58.如图6所示，水气供应管路2端部通过三通分流成三路，其中两路分别经分管31、软管33、壬接头母头32与冲刷回路的壬接头公头41连通，另一路设置为泄压管路35，构成分支管路3；分管31与软管33之间通过相同的壬接头母头32连接。
59.分支管路3处软管33的设置，便于将船体1机舱内部的管路系统与桩腿12桩靴13内的管路通过壬接头进行可拆卸的快速拆装，便于通过壬接头将软管33连接于至最靠近的冲刷回路的壬接头公头41处。
60.如图7所示，单组冲刷回路的结构为：包括与分支管路3连通、间隔设置有壬接头公头41的立管43，立管43底端连接有几型管45，几型管45两底端分别连通至下方口型管46相对的两边上；口型管46上沿着周向间隔通过竖管47向着桩靴13的方向安装有喷嘴40，立管43上还串装有冲桩单向阀42和冲桩球阀44。
61.如图8和图9所示，喷嘴40的结构为：包括十字交叉布置的两个半圆钢管401，四个端部均以45
°
角削斜，再整体焊接至竖管47端部的底板上；在四个端部的削斜位置处均配装半圆形的端板402，从而在各个端部形成方形喷口；十字型结构喷嘴40的设置，使得从喷嘴40中喷出的水能够向四周喷射，并且冲刷面积和冲洗力较大，从而对桩靴13表面实现喷射，能够快速在桩靴13和泥土之间形成大面积间隙，并使得桩靴13与泥土之间的吸附力极快消失。
62.本实施例中，供水系统分为高压水供应系统5和低压水供应系统6，其中高压水供应系统5中所选管材需要能够承受极高压，低压水供应系统6中所选管材的要求相对低一些；高压水供应系统5和低压水供应系统6通过单向阀进行隔离，依次使用。
63.本实施例中，桩靴13为长方形结构，并焊接于圆柱形桩腿12底端，其作用是，插入海底10泥土一定深度，并稳定支撑起船体1以脱离水面。
64.本实施例的自升式风电安装平台的冲桩系统的使用方法，包括如下步骤：
65.海水总管8中的海水经高压水供应系统5后向水气供应管路2供应，经冲桩管路4后在桩靴13顶面和底面向外冲刷；
66.当高压水供应系统5中压力值明显下降时，由高压水供应系统5切换至低压水供应系统6进行使用；
67.海水总管8中的海水经低压水供应系统6同步向各个水气供应管路2、冲桩管路4进行供水，使得四个桩靴13同步达到拔桩条件；
68.在拔桩将桩靴13收纳至船体1中前，由供气系统7同步向各个水气供应管路2、冲桩管路4进行供气，对桩靴13进行吹洗，避免附作物卡塞导致桩靴13无法完全回收到船体1内。
69.当开始拔桩时，四个桩靴13的喷嘴40完全被泥土堵塞，高压冲洗泵51所供水迅速进入管路，由于水流无法喷出，导致管路压力迅速上升，所联通区域皆需承受高压，直到喷嘴40被打通，压力值明显下降。
70.由于是同时供水至四个桩靴13，使得各个桩靴13的吸附力下降速率同步，以便最终四个桩靴13能同时达到拔桩条件。
71.本发明用于提高自升式风电安装平台的拔桩效率，缩短拔桩作业过程的时长，并大大改进了冲桩系统设计和冲桩过程的作业流程，从而实现了高效拔桩作业。
72.以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。