一种海上风电导管架防液化吸力筒装置的防液化方法与流程

一种海上风电导管架防液化吸力筒装置的防液化方法
1.技术领域：本发明涉及海上风电领域，具体地说是一种海上风电导管架防液化吸力筒装置的防液化方法。
2.

背景技术：
在能源日益短缺的情况下，海上风电作为一种清洁的可再生能源发展迅速，风机基础作为海上点机组的支撑体系，负责将基础过渡连接段传递的风机负载以及自身受到的波荷载、水流荷载以及靠泊力和撞击力等传递到地基土中，在保证海上风电基础安全方面起着十分重要的作用。导管架基础是海上风电机组基础的一种重要基础形式，导管架基础下端的吸力筒结构作为锚固基础将整个风电导管架固定在海床上，波浪荷载、导管架上端风机基础的振动等在基础周围的海床中可能形成超静孔隙水压力累积，或地震剪切波作用在基础周围的海床中将直接产生超静孔隙水压力，都可能引起海床液化的海洋工程地质灾害。海床液化将导致海洋工程基础发生滑移或沉陷，甚至导致其上部结构发生整体倾覆破坏，从而可能造成人员伤亡并带来巨大的财产损失。
3.专利号201810008033.9一种自动化防治液化的双壁吸力筒基础，通过采集仪自动读取和保存孔隙水压力传感器监测到的海床易液化土层区域中的孔隙水压力数据，当报警器接收到的孔隙水压力值超过海床液化预警值时，启动水泵抽水来降低吸力筒基础周边海床土体中孔隙水压力，从而避免因海床液化引起的结构倾覆、沉陷等缺陷。然而无论是吸力筒基础内还是吸力筒基础外部的海床涂层内的孔隙水，通过抽水的形式很难将这些孔隙水快速去除， 因此无法快速降低海床土体中孔隙水压力值；其次，当遇到极限环境时，如海洋地震波，由于吸力筒本体内侧的上部泥层不仅受到吸力筒筒壁侧向力作用，吸力筒本体顶部封闭面的存在阻断了孔隙水向外排出的路径，该部分孔隙水集中在吸力筒本体内部无法及时消散，受地震波荷载作用，此时地震波的施加明显提高了海床泥层孔隙水压力，海床泥层抗剪切能力下降，剪切变形累计致使泥层发生沉降，而吸力筒本体下端为敞开面，孔隙水流动性好，吸力筒本体下端与流动的液化泥层相接触的位置出现塑形破坏，吸力筒本体下端呈扇形状变形，因此，自动化防治液化的双壁吸力筒基础仅仅只对非极限环境下起到初步防液化的作用，无法实现对极限环境下的高效防治液化。
4.

技术实现要素：
本发明的目的是为了克服以上的不足，提供一种海上风电导管架防液化吸力筒装置的防液化方法，实现极限环境下的高效快速防治液化，从而保证导管架的建造稳定性。
5.本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种海上风电导管架防液化吸力筒装置的防液化方法，吸力筒装置包括置于导管架下端四周的多个吸力筒本体，吸力筒本体的上端为封闭面，吸力筒本体的下端为敞开面，吸力筒本体的封闭面与敞开面之间形成腔体，吸力筒本体的外侧端面具有多个竖向分布的第一压力传感器，吸力筒本体的下端位置具有多个第二压力传感器，吸力筒本体的上端具有与腔体连通的排水孔，排水孔通过水管连接有水泵，腔体内侧上端位置具有挤压组件，吸力筒本体内具有多个导通管，导通管的一端位于
腔体内侧上端位置，导通管的另一端位于吸力筒本体的下端位置，导通管上连接有真空泵，导通管位于真空泵的两端分别具有第一阀门、第二阀门，第一阀门靠近腔体设置，第二阀门靠近吸力筒本体的下端设置，导通管位于第一阀门与第二阀门之间的位置具有第三压力传感器；挤压组件包括置于腔体内的挤压壳体以及置于挤压壳体内一侧的驱动电机以及与驱动电机的驱动端连接的传动轴，传动轴远离挤压壳体的一侧连接有多个同步传动的挤压组，传动轴与多个挤压组呈水平分布，多个挤压组在传动轴的作用下作上下往复式挤压运动；挤压组包括第一凸轮、第二凸轮，第一凸轮与第二凸轮之间具有第一连接轴，第一连接轴的两端偏心连接在第一凸轮与第二凸轮之间，第一连接轴上套设有套环，套环的下端固定连接有连杆，连杆的下端连接有挤压块，相邻两挤压组之间具有第二连接轴，第二连接轴的两端偏心连接在两挤压组之间，传动轴、第一连接轴错位设置，第一连接轴与第二连接轴依次错位设置，传动轴转动带动多个挤压块作上下运动，套环与第一连接轴为活动连接，连杆与挤压块之间活动连接，挤压壳体的下端具有多个容挤压块上下移动的穿孔；具体步骤包括：s1、采用浮吊船将导管架吊至打桩海域，导管架在自身重力作用下下沉至海床；s2、导管架下端的吸力筒装置进入海床泥面时，第一压力传感器实时检测吸力筒本体外壁的海床泥层的孔隙水压力值，当任一第一压力传感器检测到的孔隙水压力值超过海床液化预定值时，水泵启动并同时对多个吸力筒本体内进行抽水，使腔体内部形成负压状态，导管架在多个吸力筒本体同步负压状态下实现整体式下沉，并实时监控，导管架下沉至设计高程后，持续负压2
‑
2.5h；s3、导管架定位后，第二压力传感器实时检测吸力筒本体下端的海床泥层的孔隙水压力值，当任一第二压力传感器检测到的孔隙水压力值大于海床液化预定值时，腔体内侧上端的挤压组件竖向挤压腔体内的海床泥层，使腔体内的海床泥层不断压实紧密，海床泥层中的孔隙水与海床泥层分离并置于腔体的上侧位置，同时真空泵以及水泵启动，水泵启动后继续对置于腔体上侧的孔隙水进行抽离，真空泵启动后使导通管内部形成负压，当第三压力传感器检测到的压力值达到系统设定值后，第二阀门与第一阀门打开，置于吸力筒本体下端的海床泥层在压力作用下向导通管流动并置于腔体的上端，随着挤压组件的竖向挤压，继续实现海床泥层与孔隙水的分离，有效提高吸力筒本体对周围海床泥层的防液化能力；s4、当所有的压力传感器检测到的孔隙水压力值小于海床液化预定值时，水泵、挤压组件、第一阀门、第二阀门以及真空泵均关闭。
6.本发明的进一步改进在于：挤压块的外侧壁上嵌设有多个密封圈，多个密封圈呈上下均匀分布。
7.本发明的进一步改进在于：导管架的下端具有伸入吸力筒本体的连接柱，连接柱与吸力筒本体固定连接。
8.本发明的进一步改进在于：吸力筒本体的上方具有圆环体，圆环体套设在连接柱的外圆周上，圆环体与吸力筒本体之间具有多个加强筋。
9.本发明的进一步改进在于：加强筋为直角梯形状结构，且加强筋的一侧端与连接柱的外壁固定连接。
10.本发明的进一步改进在于：吸力筒本体的外侧端至内侧端方向呈由下向上倾斜的溢流斜面，第二压力传感器嵌设在溢流斜面上。
11.本发明的进一步改进在于：吸力筒本体的下端外壁套设有环箍体，吸力筒本体的外壁上具有容环箍体嵌设的槽体。
12.本发明的进一步改进在于：吸力筒本体的内壁上具有多个等圆周分布的防液化导向块，防液化导向块凸出于吸力筒本体的内壁。
13.本发明的进一步改进在于：防液化导向块的下端为倾斜导向面，倾斜导向面由防液化导向块向着吸力筒本体的内壁方向倾斜。
14.本发明的进一步改进在于：步骤s2中，多个吸力筒本体同步下沉时，多个吸力筒本体之间最大相对高程差≤12cm，且任意相邻两吸力筒本体最大相对高程差≤8cm。
15.本发明与现有技术相比具有以下优点：1、本发明中对吸力筒本体内上端的海床泥层通过挤压组件，使上端的泥层中孔隙水与泥层发生分离，上端的泥层不断压实紧密，提高上端泥层的力学性能，提高抵抗水平倾覆荷载能力，从而维持吸力筒本体横向稳定性，分离出的孔隙水通过水泵实现抽离，从而降低吸力筒本体内部上端的孔隙水压力，而吸力筒本体下端的海床泥层在真空泵的作用下经过导通管由下向上流向吸力筒本体内的上端位置，上端的泥层再次经过挤压组件的往复式挤压，避免吸力筒本体下端的海床泥层液化后向外流动而引起导管架的沉降或整体式倾覆，同时真空泵将吸力筒本体外侧液化的海床泥层抽入吸力筒本体内的上端位置，循环往复，从而提高了吸力筒本体周围泥层的力学性能，实现极限环境下的高效快速防治液化，从而保证导管架的建造稳定性。
16.2、挤压组件由多个水平分布的挤压组实现同步上下挤压，提高吸力筒本体内的挤压面积，快速实现海床泥层的固液分离，对易液化的海床泥层进行高效的防治处理，多个挤压组由凸轮结构实现同步上下挤压，提高挤压效率，实现对吸力筒本体内外的海床泥层的快速液化防治处理，同时挤压块上具有多个上下分布的密封圈，在挤压过程中，避免海床泥层或孔隙水进入挤压壳体内而影响挤压效率。
17.3、吸力筒本体与导管架之间通过连接柱、圆环体以及加强筋实现稳固连接，保证吸力筒本体与导管架之间的连接稳定性，从而为后续导管架的海床固定提供有效的基础保障。
18.4、吸力筒本体的外侧端至内侧端方向呈由下向上倾斜的溢流斜面，溢流斜面的设置对易液化的海床泥层起到一定的阻挡作用，位于吸力筒本体下端两侧的海床泥层在溢流斜面的阻挡下，以及真空泵的压力作用下进入吸力筒本体内的上端位置，避免液化的海床泥层与吸力筒本体的下端长期接触而使吸力筒本体发生变形破坏，其次吸力筒本体下端的环箍体对吸力筒本体的下端起到一定的加强稳固作用，保证吸力筒本体下端的结构强度。
19.5、防液化导向块的设置对吸力筒本体的下降起到一定的竖直导向作用，避免吸力筒本体随着海床泥层液化而发生倾覆或者圆周转动，保证吸力筒本体与海床泥层的抓接力。
20.附图说明：图1为本发明中吸力筒装置与导管架的连接示意图。
21.图2为本发明中吸力筒装置的结构示意图。
22.图3为图2中挤压组件的结构示意图。
23.图中标号：1
‑
导管架、2
‑
吸力筒本体、3
‑
封闭面、4
‑
敞开面、5
‑
腔体、6
‑
第一压力传感器、7
‑
第二压力传感器、8
‑
排水孔、9
‑
水泵、10
‑
水管、11
‑
挤压组件、12
‑
导通管、13
‑
真空泵、14
‑
第一阀门、15
‑
第二阀门、17
‑
第三压力传感器、18
‑
圆环体、19
‑
连接柱、20
‑
加强筋、21
‑
溢流斜面、22
‑
环箍体、23
‑
槽体、24
‑
防液化导向块、25
‑
倾斜导向面；111
‑
第一凸轮、112
‑
第二凸轮、113
‑
第一连接轴、114
‑
套环、115
‑
连杆、116
‑
挤压块、117
‑
第二连接轴、118
‑
传动轴、119
‑
挤压壳体、1120
‑
驱动电机、1121
‑
穿孔、1122
‑
密封圈。
24.具体实施方式：为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
25.如图1、图2示出本实施例一种海上风电导管架防液化吸力筒装置的防液化方法，吸力筒装置包括置于导管架1下端四周的多个吸力筒本体2，吸力筒本体2的上端为封闭面3，吸力筒本体2的下端为敞开面4，吸力筒本体2的封闭面3与敞开面4之间形成腔体5，吸力筒本体2的外侧端面具有多个竖向分布的第一压力传感器6，吸力筒本体2的下端位置具有多个第二压力传感器7，吸力筒本体2的上端具有与腔体5连通的排水孔8，排水孔8通过水管10连接有水泵9，腔体5内侧上端位置具有挤压组件11，吸力筒本体2内具有多个导通管12，导通管12的一端位于腔体5内侧上端位置，导通管12的另一端位于吸力筒本体2的下端位置，导通管12上连接有真空泵13，导通管12位于真空泵13的两端分别具有第一阀门14、第二阀门15，第一阀门14靠近腔体5设置，第二阀门15靠近吸力筒本体2的下端设置，导通管12位于第一阀门14与第二阀门15之间的位置具有第三压力传感器17；具体步骤包括：s1、采用浮吊船将导管架1吊至打桩海域，导管架1在自身重力作用下下沉至海床；s2、导管架1下端的吸力筒装置进入海床泥面时，第一压力传感器6实时检测吸力筒本体2外壁的海床泥层的孔隙水压力值，当任一第一压力传感器6检测到的孔隙水压力值超过海床液化预定值时，水泵9启动并同时对多个吸力筒本体2内进行抽水，使腔体5内部形成负压状态，导管架1在多个吸力筒本体2同步负压状态下实现整体式下沉，并实时监控，导管架1下沉至设计高程后，持续负压2
‑
2.5h；s3、导管架1定位后，第二压力传感器7实时检测吸力筒本体2下端的海床泥层的孔隙水压力值，当任一第二压力传感器7检测到的孔隙水压力值大于海床液化预定值时，腔体5内侧上端的挤压组件11竖向挤压腔体5内的海床泥层，使腔体5内的海床泥层不断压实紧密，海床泥层中的孔隙水与海床泥层分离并置于腔体5的上侧位置，同时真空泵13以及水泵9启动，水泵9启动后继续对置于腔体5上侧的孔隙水进行抽离，真空泵13启动后使导通管12内部形成负压，当第三压力传感器17检测到的压力值达到系统设定值后，第二阀门15与第一阀门14打开，置于吸力筒本体2下端的海床泥层在压力作用下向导通管12流动并置于腔体5的上端，随着挤压组件11的竖向挤压，继续实现海床泥层与孔隙水的分离，有效提高吸力筒本体2对周围海床泥层的防液化能力；s4、当所有的压力传感器检测到的孔隙水压力值小于海床液化预定值时，水泵9、
挤压组件11、第一阀门14、第二阀门15以及真空泵13均关闭。
26.本发明中对吸力筒本体2内上端的海床泥层通过挤压组件11，使上端的泥层中孔隙水与泥层发生分离，上端的泥层不断压实紧密，提高上端泥层的力学性能，提高抵抗水平倾覆荷载能力，从而维持吸力筒本体2横向稳定性，分离出的孔隙水通过水泵9实现抽离，从而降低吸力筒本体2内部上端的孔隙水压力，而吸力筒本体2下端的海床泥层在真空泵13的作用下经过导通管12由下向上流向吸力筒本体2内的上端位置，上端的泥层再次经过挤压组件11的往复式挤压，避免吸力筒本体2下端的海床泥层液化后向外流动而引起导管架1的沉降或整体式倾覆，同时真空泵13将吸力筒本体2外侧液化的海床泥层抽入吸力筒本体2内的上端位置，循环往复，从而提高了吸力筒本体2周围泥层的力学性能，实现极限环境下的高效快速防治液化，从而保证导管架1的建造稳定性。
27.进一步的，如图3所示，挤压组件11包括置于腔体5内的挤压壳体119以及置于挤压壳体119内一侧的驱动电机1120以及与驱动电机1120的驱动端连接的传动轴118，传动轴118远离挤压壳体119的一侧连接有多个同步传动的挤压组，传动轴118与多个挤压组呈水平分布，多个挤压组在传动轴118的作用下作上下往复式挤压运动。
28.进一步的，挤压组包括第一凸轮111、第二凸轮112，第一凸轮111与第二凸轮112之间具有第一连接轴113，第一连接轴113的两端偏心连接在第一凸轮111与第二凸轮112之间，第一连接轴113上套设有套环114，套环114的下端固定连接有连杆115，连杆115的下端连接有挤压块116，相邻两挤压组之间具有第二连接轴117，第二连接轴117的两端偏心连接在两挤压组之间，传动轴118、第一连接轴113错位设置，第一连接轴113与第二连接轴117依次错位设置，传动轴118转动带动多个挤压块116作上下运动，套环114与第一连接轴113为活动连接，连杆115与挤压块116之间活动连接，挤压壳体119的下端具有多个容挤压块116上下移动的穿孔1121。
29.进一步的，挤压块116的外侧壁上嵌设有多个密封圈1122，多个密封圈1122呈上下均匀分布。
30.挤压组件11由多个水平分布的挤压组实现同步上下挤压，提高吸力筒本体2内的挤压面积，快速实现海床泥层的固液分离，对易液化的海床泥层进行高效的防治处理，多个挤压组由凸轮结构实现同步上下挤压，提高挤压效率，实现对吸力筒本体2内外的海床泥层的快速液化防治处理，同时挤压块116上具有多个上下分布的密封圈1122，在挤压过程中，避免海床泥层或孔隙水进入挤压壳体119内而影响挤压效率。
31.进一步的，导管架1的下端具有伸入吸力筒本体2的连接柱19，连接柱19与吸力筒本体2固定连接。
32.进一步的，吸力筒本体2的上方具有圆环体18，圆环体18套设在连接柱19的外圆周上，圆环体18与吸力筒本体2之间具有多个加强筋20。
33.进一步的，加强筋20为直角梯形状结构，且加强筋20的一侧端与连接柱19的外壁固定连接。
34.吸力筒本体2与导管架1之间通过连接柱19、圆环体18以及加强筋20实现稳固连接，保证吸力筒本体2与导管架1之间的连接稳定性，从而为后续导管架1的海床固定提供有效的基础保障。
35.进一步的，吸力筒本体2的外侧端至内侧端方向呈由下向上倾斜的溢流斜面21，第
二压力传感器7嵌设在溢流斜面21上。
36.进一步的，吸力筒本体2的下端外壁套设有环箍体22，吸力筒本体2的外壁上具有容环箍体22嵌设的槽体23。
37.吸力筒本体2的外侧端至内侧端方向呈由下向上倾斜的溢流斜面21，溢流斜面21的设置对易液化的海床泥层起到一定的阻挡作用，位于吸力筒本体2下端两侧的海床泥层在溢流斜面21的阻挡下，以及真空泵13的压力作用下进入吸力筒本体2内的上端位置，避免液化的海床泥层与吸力筒本体2的下端长期接触而使吸力筒本体2发生变形破坏，其次吸力筒本体2下端的环箍体22对吸力筒本体2的下端起到一定的加强稳固作用，保证吸力筒本体2下端的结构强度。
38.进一步的，吸力筒本体2的内壁上具有多个等圆周分布的防液化导向块24，防液化导向块24凸出于吸力筒本体2的内壁。
39.进一步的，防液化导向块24的下端为倾斜导向面25，倾斜导向面25由防液化导向块24向着吸力筒本体2的内壁方向倾斜。
40.防液化导向块24的设置对吸力筒本体2的下降起到一定的竖直导向作用，避免吸力筒本体2随着海床泥层液化而发生倾覆或者圆周转动，保证吸力筒本体2与海床泥层的抓接力。
41.进一步的，步骤s2中，多个吸力筒本体2同步下沉时，多个吸力筒本体2之间最大相对高程差≤12cm，且任意相邻两吸力筒本体2最大相对高程差≤8cm。
42.本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。