一种适用于水下吸力锚安装用双向吸力泵装置的制作方法

1.本发明涉及吸力锚技术领域，特别是涉及一种适用于水下吸力锚安装用双向吸力泵装置。


背景技术：

2.吸力锚是一种下部孔、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，吸力锚底部在泥土中封闭，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：锚顶压力、δp锚内外压差、s：锚顶作用面积)，在海水压力作用下将吸力锚压至指定深度。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，吸力锚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。吸力锚具有承载力大、安装速度快、无污染及可回收再利用的优点。
3.吸力锚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，需要启动吸力泵进行正向抽水作业，当吸力锚需要回收或进行姿态调整需要将吸力锚起拔时，需要向锚内注水使锚内压力大于外部环境压力，此时需要启动吸力泵反向注水作业，吸力泵要求在水下可灵活切换正向抽水和反向注水模式。
4.现有的双向吸力泵，采用两台水下电机分别驱动的两台端吸离心泵，两台泵并联，需要设置正反功能切换阀组。端吸离心泵仅能从侧部吸水口抽吸，顶部排水口进行排水，无法换向。换向需要通过正反功能阀组进行水路切换。
5.现有产品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；无可靠的限压装置，只能通过电子传感器采集锚内外压力差，到达预设值后再控制离心泵电机关闭，一旦传感器或电控系统故障，易造成吸力锚安装施工风险。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种适用于水下吸力锚安装用双向吸力泵装置，以解决上述现有技术存在的问题，控制操作简单，减小水下动作数量，并在水路中增加安全阀，可根据吸力锚极限压力值提前预设安全阀泄压值，安全阀可同时保证负压压力值和正压压力值，并可独立设置。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
8.本发明提供一种适用于水下吸力锚安装用双向吸力泵装置，包括水下执行器、端吸离心泵、水平连接管、水路切换阀、连接管、流量调节阀、安全阀组、水下流量传感器、锚顶连接管、排水管和排水口；
9.所述水下执行器用于驱动所述端吸离心泵的叶轮回转，所述水下执行器、端吸离心泵、所述水平连接管和所述水路切换阀依次连接，所述水路切换阀的另一端通过连接管
连接所述流量调节阀，所述流量调节阀、安全阀组和所述锚顶连接管依次连接，且所述水下流量传感器设置于所述安全阀组与所述锚顶连接管之间，所述锚顶连接管下端连接吸力锚顶部，启动所述端吸离心泵可从所述吸力锚内吸水或注水；所述排水管一端连接所述端吸离心泵的出水口，所述排水管另一端连接至所述水路切换阀，所述排水口设置于所述水路切换阀上部；所述水路切换阀上还设置有旁路吸水口，当水路切换阀切换至注水模式时，端吸离心泵从所述旁路吸水口吸入外部海水。
10.优选地，所述连接管为u形弯管。
11.优选地，所述端吸离心泵并联设置有两个，两个所述端吸离心泵的一端均连接水下执行器，两个所述端吸离心泵的另一端分别依次连接液控蝶阀、所述水平连接管和所述水路切换阀，两个所述水路切换阀并联设置，两个所述水路切换阀通过所述连接管将水路合并后连接至所述流量调节阀。
12.优选地，所述旁路吸水口上设置有过滤罩。
13.优选地，所述水下执行器为电机或液压马达。
14.优选地，所述水路切换阀包括固定板、滑动板、前夹板、后夹板，所述固定板固定在整个装置的底座上，所述固定板上设置有分别与所述水平连接管和所述排水管连接的第一固定孔和第二固定孔，所述第一固定孔设置于所述第二固定孔的下部，所述滑动板上由下到上依次设置有第一滑动孔、第二滑动孔和第三滑动孔，所述第一滑动孔连接所述旁路吸水口，所述第二滑动孔连接所述连接管，所述第三滑动孔连接所述排水口，所述滑动板的两侧均由所述前夹板和所述后夹板夹持抱紧在所述固定板的后侧，且能够相对所述固定板滑动；两侧的所述前夹板和后夹板之间均设置第一油缸和第二油缸，第一油缸和第二油缸的伸缩端通过活塞环连接所述前夹板、后夹板上的耳板以实现铰接，所述第一油缸和第二油缸的底部固定在所述底座上；所述第一油缸和第二油缸驱动所述滑动板上下运动实现吸水模式和注水模式切换，吸水模式油缸完全缩回，第一固定孔与第二滑动孔相对，同时第二固定孔与第三滑动孔相对，注水模式油缸完全伸出，所述第一固定孔与所述第一滑动孔相对，同时第二固定孔与所述第二滑动孔相对。
15.优选地，所述流量调节阀包括由底部到顶部依次设置的蝶阀或球阀、执行器和转角传感器；所述蝶阀或球阀控制水路打开和关闭，通过控制开度调节流量；所述执行器为普通油缸或摆动油缸，用于驱动蝶阀或球阀动作；所述转角传感器，用于采集蝶阀或球阀的转动角度。
16.优选地，所述安全阀组包括四通和分别与所述四通的竖向两之路连接的吸水安全阀、注水安全阀，所述吸水安全阀、注水安全阀分别限制吸水模式下的最高抽吸压差和注水模式下的最高注入压差，所述四通的横向通道两端分别连接所述流量调节阀和所述水下流量传感器。
17.优选地，所述吸水安全阀包括吸水阀座、吸水端盖和吸水活塞，所述吸水阀座内圈设置有放置调压弹簧的弹簧导孔，所述吸水阀座顶部设置有过水的过流槽；所述吸水端盖与所述吸水阀座通过连接螺栓和连接螺母连接并固定在所述四通上法兰上；所述吸水端盖与所述调压弹簧之间设置吸水活塞，所述吸水端盖的下表面与所述吸水活塞的上表面密封连接，所述吸水活塞底部与所述调压弹簧接触，在弹簧力作用下所述吸水活塞上端面与所述吸水端盖下表面接触，所述吸水活塞的外圈通过密封圈与所述吸水阀座密封连接。
18.优选地，所述注水安全阀包括注水阀座、注水端盖、密封法兰和注水活塞，所述注水阀座内圈设置有放置调压弹簧的弹簧导孔，所述注水阀座的顶部设置有过水的过流槽；所述注水端盖与所述注水阀座、密封法兰及四通管下法兰通过连接螺栓和连接螺母固定，所述注水端盖的中心设置有传压孔，所述传压孔将外部环境压力传递至所述注水活塞下端面；所述注水阀座与所述四通之间设置有密封法兰，所述密封法兰与所述调压弹簧之间设置注水活塞，所述密封法兰的下表面与所述注水活塞上表面密封连接；所述注水活塞下表面与所述调压弹簧接触，所述注水活塞的外圆与所述注水阀座之间设置有密封圈。
19.本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
20.1、本发明提供的适用于水下吸力锚安装用双向吸力泵装置，采用单泵独立和双泵并联两种结构形式，根据控制需要选择单泵还是双泵，双泵可增加一倍排量，双泵并联冗余设计，一旦一台泵失效，可关闭失效泵水路，另一台泵单独工作。
21.2、本发明提供的适用于水下吸力锚安装用双向吸力泵装置，采用独特的水路控制阀结构紧凑，执行器仅有两个并联的油缸，通过液压控制，可控制吸力泵吸水和注水模式切换，操作简单、功能可靠；
22.3、本发明提供的适用于水下吸力锚安装用双向吸力泵装置，双向安全阀的设置，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；
23.4、本发明提供的适用于水下吸力锚安装用双向吸力泵装置，流量通过流量控制阀来调节，通过采集传感器采集流量传感器和转角传感器数据，可远程动态调节，吸力泵执行器采用定量执行器，控制系统无需增加变频或比例调节功能，可大幅降低设备造价，同时也提高了设备操作控制的安全性。
附图说明
24.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。
25.图1为本发明实施例一中适用于水下吸力锚安装用双向吸力泵装置的立体结构示意图；
26.图2为图1的另一角度视图；
27.图3为本发明实施例一中水路切换阀的立体结构示意图；
28.图4为本发明实施例一中水路切换阀的正视图；
29.图5为图4的a
‑
a向剖面图；
30.图6为本发明实施例一中吸水模式下水路切换阀的原理图；
31.图7为本发明实施例一中注水模式下水路切换阀的原理图；
32.图8为本发明实施例一中流量调节阀的结构示意图；
33.图9为本发明实施例一中安全阀组的结构示意图；
34.图10为图9的a
‑
a向剖面图；
35.图11为吸水阀座的结构示意图；
36.图12为本发明实施例二中适用于水下吸力锚安装用双向吸力泵装置的立体结构示意图；
37.图13为图12的另一角度视图；
38.图中：1
‑
水下执行器、2
‑
端吸离心泵、3
‑
水平连接管、4
‑
水路切换阀、41
‑
固定板、42
‑
滑动板、43
‑
前夹板、44
‑
后夹板、45
‑
第一油缸、46
‑
第二油缸、47
‑
活塞环耳、48
‑
耳板、5
‑
连接管、6
‑
流量调节阀、61
‑
蝶阀或球阀、62
‑
执行器、63
‑
转角传感器、7
‑
安全阀组、71
‑
四通、72
‑
吸水安全阀、721
‑
吸水阀座、722
‑
吸水端盖、723
‑
吸水活塞、73
‑
注水安全阀、731
‑
注水阀座、732
‑
注水端盖、733
‑
密封法兰、734
‑
注水活塞、74
‑
调压弹簧、75
‑
连接螺栓、76
‑
连接螺母、77
‑
过流槽、78
‑
弹簧导孔、8
‑
水下流量传感器、9
‑
锚顶连接管、10
‑
排水管、11
‑
排水口、12
‑
旁路吸水口、13
‑
液控蝶阀。
具体实施方式
39.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。
40.本发明的目的是提供一种适用于水下吸力锚安装用双向吸力泵装置，以解决现有技术存在的问题。
41.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。
42.实施例一：
43.本实施例中的适用于水下吸力锚安装用双向吸力泵装置，如图1
‑
2所示，包括包括水下执行器1、端吸离心泵2、水平连接管3、水路切换阀4、连接管5、流量调节阀6、安全阀组7、水下流量传感器8、锚顶连接管9、排水管10和排水口11；
44.水下执行器1为水下电机或液压马达，通过电驱动或液压驱动，驱动端吸离心泵2的叶轮回转，水下执行器1、端吸离心泵2、水平连接管3和水路切换阀4依次连接，水路切换阀4的另一端通过连接管5连接流量调节阀6，流量调节阀6、安全阀组7和锚顶连接管9依次连接，且水下流量传感器8设置于安全阀组7与锚顶连接管9之间，锚顶连接管9下端连接吸力锚顶部，启动端吸离心泵2可从吸力锚内吸水或注水；排水管10一端连接端吸离心泵2的出水口，排水管10另一端连接至水路切换阀4，排水口11设置于水路切换阀4上端，当水路切换阀吸水模式时，端吸离心泵2从该口将锚内海水排出；水路切换阀4上还设置有旁路吸水口12，当水路切换阀4切换至注水模式时，端吸离心泵2从旁路吸水口12吸入外部海水，旁路吸水口12上设置有过滤罩，过滤罩可过滤掉海水中的大块颗粒，防止堵塞离心泵。
45.于本具体实施例中，连接管5为u形弯管。
46.如图3
‑
5所示，水路切换阀4包括固定板41、滑动板42、前夹板43、后夹板44，固定板41固定在整个装置的底座上，固定板41上设置有分别与水平连接管3和排水管10连接的第一固定孔和第二固定孔，第一固定孔设置于第二固定孔的下部，滑动板42上由下到上依次设置有第一滑动孔、第二滑动孔和第三滑动孔，第一滑动孔连接旁路吸水口12，第二滑动孔连接连接管5，第三滑动孔连接排水口11，滑动板42的两侧均由前夹板43和后夹板44夹持抱
紧在固定板41的后侧，且能够相对固定板41滑动；两侧的前夹板43和后夹板44之间均设置第一油缸45和第二油缸46，第一油缸45和第二油缸46的伸缩端通过活塞环耳47连接前夹板43、后夹板44上的耳板48以实现铰接，第一油缸45和第二油缸46的底部固定在底座上；第一油缸45和第二油缸46驱动滑动板42上下运动实现吸水和注水模式切换，第一油缸45和第二油缸46活塞杆完全缩回滑动板42下行切换吸水模式，此时第一固定孔与第二滑动孔相对，同时第二固定孔与第三滑动孔相对，第一油缸45和第二油缸46活塞杆完全伸出滑动板42上行切换注水模式，此时第一固定孔与第一滑动孔相对，同时第二固定孔与第二滑动孔相对。
47.水路切换阀4原理是通过油缸推动滑动板42上下活动，使固定板41上的第一固定孔和第二固定孔分别与外对接连通，从而实现吸水和注水功能切换，如图6所示，吸水模式第一油缸45和第二油缸46活塞杆完全缩回，连接管5对应水平连接管3，从而泵吸口连接吸力锚筒体，排水管10连接排水口11，启动水下电机和端吸离心泵2，端吸离心泵2经连接管5和水平连接管3从锚内吸水，端吸离心泵2的出水口经排水管10和排水口11将锚内海水排至锚外；如图7所示，注水模式第一油缸45和第二油缸46活塞完全伸出，此时旁路吸水口12连接水平连接管3，从而连接端吸离心泵2的吸水口，排水管10连接连接管5，端吸离心泵2的出水口连接吸力锚筒体，启动水下电机和端吸离心泵2，泵旁路吸水口12和水平连接管3从锚外抽吸海水，端吸离心泵2的排水口经排水管10和连接管5及后续机构，将海水注入至吸力锚筒体。
48.如图8所示，流量调节阀6包括由底部到顶部依次设置的蝶阀或球阀61、执行器62和转角传感器63；蝶阀或球阀61控制水路打开和关闭，通过控制开度调节流量；执行器62为普通油缸或摆动油缸，用于驱动蝶阀或球阀61动作；转角传感器63，用于采集蝶阀或球阀61的转动角度。流量控制原理是当端吸离心泵2的水下执行器1为定量时无法通过调整泵转速调整泵排量时，可通过流量调节阀6(蝶阀或球阀61)开度调整，流量控制阀的执行器62连接有转角传感器63，控制系统可同时采集流量传感器和转角传感器63数据，通过甲板系统实时显示流量，人为控制液压系统驱动水下执行器1驱动蝶阀或球阀61摆角，从而调整吸力泵排量。
49.如图9
‑
11所示，安全阀组7包括四通71和分别与四通71的竖向两支路连接的吸水安全阀72、注水安全阀73，吸水安全阀72、注水安全阀73分别限制吸水模式下的最高抽吸压差和注水模式下的最高注入压差，四通71的横向通道两端分别连接流量调节阀6和水下流量传感器8。
50.吸水安全阀72包括吸水阀座721、吸水端盖722及吸水活塞723，吸水阀座721内圈设置有放置调压弹簧74的弹簧导孔78，吸水阀座721顶部设置有过水的过流槽77；吸水端盖722与吸水阀座721通过连接螺栓75和连接螺母76连接并固定在四通71上法兰上；吸水端盖722与调压弹簧74之间设置吸水活塞723，吸水端盖722的下表面与吸水活塞723的上表面密封连接，吸水活塞723底部与调压弹簧74接触，在弹簧力作用下吸水活塞723上端面与吸水端盖722下表面接触，吸水活塞723的外圈通过密封圈与吸水阀座721密封连接。
51.注水安全阀73包括注水阀座731、注水端盖732、密封法兰733及注水活塞734，注水阀座731内圈设置有放置调压弹簧74的弹簧导孔78，注水阀座731的顶部设置有过水的过流槽77；注水端盖732与注水阀座731、密封法兰733及四通的下法兰通过连接螺栓75和连接螺母76连接，注水端盖732的中心设置有传压孔，传压孔将外部环境压力传递至注水活塞734
下端面；注水阀座731与四通71之间设置有密封法兰733，密封法兰733与调压弹簧74之间设置注水活塞734，密封法兰733的下表面与注水活塞734上表面密封连接；注水活塞734下表面与调压弹簧74接触，注水活塞734的外圆与注水阀座731之间设置有密封圈。
52.安全阀组7的原理，当吸力泵切换至吸水模式，吸力锚筒体和管路内压力低于外部海水环境压力，此时注水安全阀73，外部环境压力通过传压孔作用在注水活塞734下表面，在外部压力和调压弹簧74共同压力作用下，注水活塞734与密封法兰733紧密接触实现可靠密封，注水安全阀73不起作用；而此时吸水安全阀72，吸水阀座721上部过流槽77为外部环境压力，吸水阀内部为管路压力，当内外压差达到一定值后，吸水活塞723与吸水端盖722之间密封失效，外部海水穿过吸水活塞723进入管路内，内外压差减小，减小到一定值后，吸水活塞723再次顶住吸水端盖722实现密封，从而实现自动限制吸水压力作用。当吸力泵切换至注水模式，吸力锚筒体和管路内压力高于外部海水环境压力，此时吸水安全阀72，内部压力和调压弹簧74压力共同作用在吸水活塞723下表面，使吸水活塞723上表面与吸水端盖722下表面紧密接触实现密封，此时吸水安全阀72不起作用；而此时注水安全阀73，注水活塞734上部为管路压力，下部为环境压力，当压差达到一定值后，注水活塞734与密封法兰733之间的密封失效，内部流体通过注水活塞734排至外部，管路内压力降低，降低至预设值以内，在弹簧力作用下注水活塞734与密封法兰733再次密封，从而实现自动限制注水压力作用。
53.实施例二：
54.如图12
‑
13所示，本实施提供一种双离心泵并联方式的适用于水下吸力锚安装用双向吸力泵装置，其与实施例一的区别仅在于：本实施例中端吸离心泵2并联设置有两个，两个端吸离心泵2的一端均连接水下执行器1，两个端吸离心泵2的另一端分别依次连接液控蝶阀13、水平连接管3和水路切换阀4，两路水路切换阀4并联设置，两路水路切换阀4通过连接管5将水路合并后连接至流量调节阀6。本实施例中，电控或液压系统可独立控制两台水下执行器1开闭，为避免单独开启一台离心泵时出现海水从另外一台泵泄压问题，两台端吸离心泵2吸口分别连接了液控蝶阀13，任意一台端吸离心泵2关闭时，可将该泵的吸水口关闭，将两组泵隔离开，不会出现窜水互相影响现象。双离心泵并联方式最大优点是排水量提高了一倍，增加系统冗余，一但出现泵故障，可单台泵继续工作。
55.本发明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，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。