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水下桩结构干式维护工作舱及其操作船

阅读：939发布：2021-03-21

专利汇可以提供水下桩结构干式维护工作舱及其操作船专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明是采用由专用操作船带着维护工作舱，运到桩结构现场，使维护工作舱抱合在直桩或斜桩等不同位置和形状的桩结构上，由工作泵将工作舱中的水分排除后，使维护工作舱内造成一个局部的干式环境，然后，进行直观的防腐操作，待防腐措施完成后，又可由操作船方便而可靠地将维护工作舱移动到另一根桩结构上进行防腐的维护工作，而操作船将维护工作舱抱合于桩结构上后，又可自动脱开挂钩，运输另一个维护工作舱到需要进行防腐维护的桩结构上去抱合。这样，可充分发挥操作船的灵活性，提高工作效益，以实现低费用、高效率、高质量地进行防腐维护操作，达到延长桩结构使用寿命的目的。，下面是水下桩结构干式维护工作舱及其操作船专利的具体信息内容。

权利要求

1、一种水下桩结构干式维护工作舱及其操作船，对于水下桩结构的防腐维护工作，尤其是潮差带区域的桩结构防腐维护，一般是采用由潜水员潜入水下，用水下硬化型防腐涂料在桩结构表面进行涂刷或在桩结构外围用模框法，将水下硬化型树脂或涂料，注入桩结构表面与模框之间以形成保护层来达到防腐的维护，本发明的特征在于，用一个维护工作舱抱合在需采用防腐措施的桩结构上，将工作舱内的水排除，实现一个适宜于进行操作的干式环境，这个维护工作舱是挂在联动门架上，由联动门架的前后倾动、左右倾动和升降动作来实现工作舱与直桩、斜桩等不同位置桩结构的抱合；联动门架是绞接于操作船上的，可由操作船带动联动门架及联动门架上的维护工作舱，运送到桩结构的现场，实现维护工作舱对桩结构的抱合，制造一个干式防腐维护的环境和实施防腐维护的操作。
2、根据权利要求1所述的干式维护工作舱及其操作船，其特征在于，干式维护工作舱由一件固定体和左、右活动体各一件所组成，依靠左、右活动体的开合来实现对桩结构的抱合;固定体和活动体的材质由钢结构组成，承压较小的场合时，也可由防渗漏帆布或玻璃钢与钢材的混合结构。
3、根据权利要求2所述的干式维护工作舱，其特征在于，左、右二件活动体的开合，是依靠绞接于固定体上中间部位的相应的左、右开合油缸来实现。
4、根据权利要求2及3所述的干式维护工作舱，其特征在于，维护工作舱与桩结构之间的对中定位是由四件上径向定位装置和四件下径向定位装置来实现径向定位和固紧;上径向定位装置是用活塞式油缸带动前端的顶板（顶板上附装有胶皮）来实现可调节式的定位，四个活塞式油缸是采用同步式的，以实现对不同径向尺寸的桩结构的定位、夹紧或拆卸;下径向定位装置是固定形的，其所形成的内孔尺寸是按照所需防腐维护的桩结构的外径尺寸来确定，下径向定位装置的内端部也装有胶皮，因此，便于使维护工作舱定位、固紧于桩结构上。
5、根据权利要求2至4所述的干式维护工作舱，其特征在于，维护工作舱在桩结构上的轴向定位，是采用按装在维护工作舱上部的二或三件上轴向顶紧机构，使之顶紧在桩结构顶面上的平台下部或附属于平台上的机构，其顶紧的实现可采用丝杠手动、气缸顶杆或油缸活塞头等。
6、根据权利要求2至5所述的干式维护工作舱，其特征在于，在工作舱底部设置潜水泵，开动泵，使维护工作舱内的积水很快由排水管道排出维护工作舱，以形成维护工作舱内部空间的干式环境。
7、根据权利要求2至6所述的干式维护工作舱，其特征在于，维护工作舱的密封是采用按装在下径向定位装置同一园周上的组合密封装置，即除了下径向定位装置内端部的胶皮与桩结构紧密接触的部位以外，都由安装在组合密封装置内周上的由弹性密封装置包复层（为耐磨性的）及裹在其中的高弹性橡胶来充填，因此，由下径向定位装置的端部胶皮和弹性密封装置包复层裹着的高弹性橡胶与下部桩结构的外周相联接，能很好地起着防渗漏的密封作用;而且，当桩结构外表面附有电缆装置及其它附属机构的构件时，弹性密封装置包复层裹着的高弹性橡胶也可有效地起着密封作用。
8、根据权利要求2至7所述的干式维护工作舱，其特征在于，维护工作舱上部设有人孔盖，操作人员可由人孔进入维护工作舱的内部空间，进行工作（维护及喷涂或涂刷防腐涂层等操作），在维护工作舱内壁中下部设有折叠式上踏板，下部设置有钢网板，操作人员可以方便地站在上面工作。
9、根据权利要求2至8所述的干式维护工作舱，其特征在于，在维护工作舱上设有固定和可调空气舱共八个，以减轻对操作船平衡的影响，提高安全可靠性。
10、根据权利要求2至9所述的干式维护工作舱，其特征在于，在维护工作舱的固定体外侧装有上、下各二件自锁式挂勾，当操作船带着的联动门架上的四个挂杆套入自锁式挂勾后，挂勾上的锁紧卡环即自动转向，咬住在挂杆上，此时，只要松开维护工作舱上的所有轴向定位装置和径向定位装置及打开左右活动体后，维护工作舱就可由操作船带到另一个桩结构上进行抱合、定位、排水及防腐维护等另一轮工作。
11、根据权利要求2至10所述的干式维护工作舱，其特征在于，维护工作舱的体积高度、开合度等应按照所需防腐维护的桩结构来确定，可适应园柱形、方框形、多边形等不同断面形状的桩结构和不同大小直径及各种深度水下防腐尺寸的桩结构。
12、根据权利要求1所述的干式维护工作舱及其操作船，其特征在于，维护工作舱的抱合动作是由绞接于操作船上的联动门架来实现，维护工作舱上的四个自锁式挂勾吊挂于联动门架的四个挂杆上，由联动门架的相应动作来实现维护工作舱的升降、前后倾转及左右倾转，以适应各种不同位置的桩结构，使维护工作舱顺利实现抱合于垂直或倾斜的桩结构上。
13、根据权利要求1及12所述的联动门架，其特征在于，联动门架是由钢结构组成;依靠联动门架靠近操作船部位的上、下联接耳板与操作船首进行绞接，而且，依靠操作船上的油缸的动作，使与之绞接的上联接耳板产生前后倾转，以实现联动门架和维护工作舱的前后倾转。
14、根据权利要求1及12、13所述的联动门架，其特征在于，联动门架中心线的下部设一个升降油缸，通过柱塞头部的钢丝绳（或钢链）经过升降导轮，使安装于门架二侧钢槽内四个导轮上的升降小车实现上升或下降，从而带动维护工作舱的升降。
15、根据权利要求1及12至14所述的联动门架，其特征在于，升降小车的二侧各装有一只横倾油缸，它的动作是联动相向的，也就是说使横倾架向一个方向转动;而且，其转动是由装在横倾架上的五只布置在同一园周上的回转导轮沿着园槽形轨道作一定角度的旋转，以实现横倾架的左右倾转，从而带动自由锁式挂勾吊挂在挂杆上的维护工作舱实现旋转。
16、根据权利要求1及12至15所述的联动门架，其特征在于，联动门架的升降、前后倾转及左右倾转，均是由液压传动来实现;都是由高压胶管、快速接头及联结机构等与操作船相联接。
17、根据权利要求1所述的干式维护工作舱及其操作船，其特征在于，联动门架的升降，前后倾转及左右倾转等动作的实现及将维护工作舱顺利地运送到桩结构现场，及在桩结构群落间运送维护工作舱等，都是由操作船来实现;在操作船首有上、下二个联接部位，能与联动门架上的上、下二个联结耳板相绞接，而且，与联动门架相绞接的是一个活塞式油缸，油缸的根部绞接于操作船上，可以作一定角度的摆动，而油缸的头部则与联动门架上的上联结耳板联接，由于油缸的动作，可完成联动门架的前后倾转。
18、根据权利要求1及17所述的操作船，其特征在于，操作船由二台推进器、四个转向油缸、主付操作台各1个以及机舱、首尖舱、左右压载水舱、液压油舱、燃油舱等构成;以实现将维护工作舱快速、灵便地运送到桩结构现场和实现维护工作舱与桩结构之间的抱合。
19、根据权利要求1及17、18所述的操作船，其特征在于，为了使操作船克服不同水质、气象条件和桩结构间的涌浪，使操作船平稳地将维护工作舱运到桩结构现场，必须使操作船具有方便的前进、后退、回转、横靠等功能，因此，除了在操作船首和船尾底部各挂有一台与工作要求适应的功率的推进器，并且，在每个推进器处各装有二件转向油缸，以实现每个推进器的180°回转，从而使操作船可作原地360°的全回转或横向平移。
20、根据权利要求1及17至19所述的操作船，其特征在于，操作船的远距离运送、灵活方便地穿行于桩结构之间以及平稳地靠上桩结构等动作，是由设在操作船上甲板中前部的主操作台来控制。
21、根据权利要求1及17至20所述的操作船，其特征在于，在操作船的甲板靠近首部安装有为实现联动门架前后倾转、升降小车升降、升降小车左右倾转及维护工作舱二个活动体开合等动作的付操作台，以顺利地实现将维护工作舱与不同位置桩结构的抱合。
22、根据权利要求1及17至21所述的操作船，其特征在于，在操作船尾部二侧各设有一个压载水舱;压载水舱的注入和排空，由设在机舱内的、并由主机带动的压载水泵来承担。
23、根据权利要求1及17至22所述的操作船，其特征在于，维护工作舱、联动门架及操作船上所需的全部液压动力，由主机带动的二台油泵实施，而二台油泵的油路设计使之具有合流装置和卸荷装置，可以实现主机不带负荷地启动，又可以控制单泵或双泵供油。

说明书全文

本发明涉及水下结构物（由 钢材或 混凝土材质制成的），特别是潮差带区域维护用干式工作舱及其运输操作船。

随着海洋事业及海运的发展，水中构筑物越来越广泛地被使用，例如：海中石油钻探平台用水下钢桩、内河或沿海码头（或栈桥）的水下钢桩等等，这些水下（特别是海水下）的桩结构的防腐就日益成为一个必须重视的问题。这些水下结构一般在制造时采用预先涂层（水下防腐漆或树脂复盖物），并在水下设置阴极保护等措施进行防护。而在潮差带区域，即涨潮时在水下，而落潮时露出水面的这一部分桩结构，则无法采用阴极保护，而且，这部分易于受紫外线照射、臭氧化学作用，还受到含有饱和氧的淡水（或海水）飞溅和波浪的冲击，以及水面漂浮物的撞击，因此，桩结构制造时的涂膜容易受损，致使其基材易于被腐蚀。

在目前，对潮差带桩结构的涂膜一般是经过一段时间后，重新涂复一次，方法是采用水下硬化型的涂料，其种类有聚酰胺固化型环氧类或聚酯型等。由潜水员潜入水中用手工泥刀法或滚轮法等涂刷，但这种方法比较适宜于淡水的水下或水质较清的水中，如果在含泥量较高或混浊的海水中，则由于视线不清将会很大地影响涂刷的质量;而且，水中涂刷用料量也大（一般涂料较粘）、损耗也大。这不是最理想的方案！也有的，如日本专利昭61-102919的“钢管桩的模框防腐法”是在钢管桩外圈设模框，注入水中硬化性树脂，使其硬化后形成防腐层;又如英国专利1494072，其方法是在桩子周围装一个外套，排去桩子与外套之间的空隙，注入聚乙烯泡沫，形成一个保护层，这些方法都有其局限性。

本发明的基本特征是，避免在水下涂刷防腐涂料、节省潜水员的水下操作的昂贵费用，也不必用特殊的水下硬化涂料;而是，在桩结构的潮差带区域，制造一个局部的干式环境，在这个干式环境中，操作人员可以对桩结构原来涂层的质量进行检查，剔除原来涂层的残余部分以及将桩结构表面进行干燥等操作，并且在干式环境中，在用肉眼观察的情况下，对桩结构表面进行涂刷水下防腐涂料，以保证防腐涂层的涂刷质量，达到高质量的水下桩结构的防腐维护，不论是潮差带或是水下的一定的深度区。

本发明是由三部分构成，一部分是对桩结构实现局部干式环境的干式维护工作舱;另一部分是使维护工作舱适应各种不同高度需要和不同桩结构位置需要的联动门架;第三部分是将工作舱进行运送和移动用的操作船。工作舱如图1所示（当桩结构为园筒形时），它由固定体2和左活动体19、右活动体23所构成左、右活动体与固定体之间各由四件铰链连接，二个活动体的开合由左开合油缸4及右开合油缸14来实现，使工作舱与桩结构对中定位是由四件下径向定位装置7及四件上径向定位装置18来实现径向固定，下径向定位装置是固定式的，由螺栓固定胶皮来实现（见图2中的件3），而上径向定位装置则是可调节的，如图3，它是由活塞式油缸（图3件7）带动顶板（图3件1）前端的胶皮来实现固定和拆卸。当操作船将工作舱运到桩结构附近，由二件活动体和固定体抱住桩结构并由上、下径向定位装置在径向定位后，调节二件上轴向顶紧机构20（可以由手工丝杠或气压、油压缸来实现），使之顶在桩结构的顶面设备或平台上，使工作舱能克服浮力不致上、下漂动，此时，接通电源，开动工作舱底部的潜水泵9将舱内的积水由排水口排出工作舱，工作舱底部与桩结构之间的密封采用图2所示的组合密封装置，它是由裙带式密封裙1、联接底板2、下径向定位装置3、弹性密封装置包复层4及高弹性橡胶5（此高弹性橡胶为高发泡橡胶，外复耐磨层）所组成，其密封由下径向定位装置3上的胶皮和高弹性橡胶5，包围住桩结构外周来实现，如果桩结构外周附有电缆、电缆用槽钢或其它辅助结构时，由于高弹性橡胶的韧性保护，仍可较好地实现工作舱底部与桩结构之间的密封（如果密封不严，造成有些渗水，只要单位时间内排水量超过渗水量，同样可以形成工作舱内的干式环境）。当工作舱内的干式环境形成后，操作人员即可从入孔处进入工作舱内的空间，站在上踏板15（折叠式）或钢网板10上进行清理、干燥桩结构及涂刷防腐涂层的操作。为减轻对操作船平衡的影响，提高安全可靠性，在工作舱上设有8个空气舱，使工作舱具有一定的浮力（图1中的3及5），此工作舱的舱体结构应该用钢材构成，较小型的工作舱也可用防渗漏帆布或玻璃钢与钢材的组合形舱体构成。并且，为了适宜于大量的桩结构的防腐，应在完成一根桩结构的防腐处理后，将工作舱迅速移至另一根桩结构上，因此，在工作舱固定体2之外侧装有四件自锁式挂勾，见图4，它是由锁紧机构1、挂勾体2、锁紧卡环3及定位销4所构成，当工作舱挂在操作船联动门架上后，锁紧卡环3就会自动将工作舱紧固于联动门架上。

联动门架（图5）通过图4的自锁式挂勾可以将工作舱进行升降（行程可按潮差带的高度进行设计），前后倾和左、右倾转（与垂直线的交角可按桩结构的倾斜度分别进行设计）等动作，可容易地实现工作舱固定到需要的桩结构的潮差带位置，完成搭接以及与操作船分离等动作。为实现这些动作，它的结构如图5所示，由钢结构组成的门架1，它是由上、下联接耳板11及10与操作船首可靠地绞接，而依靠连接于操作船上的油缸推动上联接耳板11，即可实现门架的前、后倾转;工作舱的升降由门架的升降机构来实现，由图5中的升降油缸7通过柱塞头部钢绳（或钢链）驱动升降小车9进行升降，为了其动作的稳定、准确，升降小车9是由装在门架两侧槽内的四个导轮来导向的（见图6中的升降导轮7）;图6为联动门架的升降机构，它是由门架1、导杆2、升降滑轮3、升降链条（或升降钢绳）4、升降油缸5、升降小车6及升降导轮7所组成，由于油缸的驱动，即可实现工作舱的升降;工作舱的左、右倾转，是由图5所示的装在中部的两侧相对的二只横倾油缸5来推动，两只油缸5应相向运动，也就是一个油缸顶出塞杆，推动横倾架转动时，另一侧油缸则是拉回塞杆，协助横倾架转向自己这一边，使在导轨内的五只回转导轮8沿着轴中心在园槽形轨道内作一定角度的旋转，以达到与回转导轮8连接在一起的横倾架作左右倾转，从而实现自锁式挂勾吊挂在挂杆上的维护工作舱的左、右倾转。联动门架横倾机构的具体结构见图7所示，它是联接于升降小车上的，由五只回转导轮3、横倾架4、两只横倾油缸5和挂杆6等所组成。而联动门架的各种运动，如升降、前后倾转及左右倾转等均为液压驱动，其操作台均设在操作船上。

操作船是通过联接于船首的联动门架，依靠联动门架上的挂杆与工作舱上的自锁式挂勾相联接，而将工作舱顺利地送到需要进行防腐维护的桩结构所在地，而且可以把工作舱按照桩结构的位置顺利地搭接在桩结构上，使工作舱能在不同位置和不同倾斜度、不同截面形状（如园柱形、方框形、多角形）的桩结构上，进行干式的防腐维护工作;当一根桩结构防腐维护工作完成后，操作船又可将工作舱转移到另一根桩结构上，重复上一个操作程序，对桩结构进行干式防腐的维护工作。其结构如图8所示，图中Ⅰ是操作船、Ⅱ是工作舱、Ⅲ是联动门架，操作船依靠上、下联动支架与联动门架相绞接，通过纵倾油缸4带动联动门架及工作舱作前后倾转，并由付操作台5，通过液压系统控制联动门架的升降、前后倾、左右转动以及工作舱两个活动体的开合，而且通过付操作台5实现操作船与工作舱之间的对接和脱离，这些动作的完成是通过高压胶管、快速接头、联结机构与工作舱相联系的。由于桩结构所处位置在平台下面，而且大都是桩结构的群落，为了实现尽快和准确地转移工作舱的目的，要求操作船必须能轻巧、灵活地运行在桩结构之间，因此，操作船一方面不能做得过大，而且，必须能方便地转向、倒退，具有较大的推动力和机动性，因此，在操作船底部的首尾各设有一台能实现操作船全回转的推进器，即主推进器1和副推进器6，它的回转及转向则由四件转向油缸12（主、副推进器处各有两件）来实现，使工作舱快速、平稳、安全地靠上桩结构的操作是由主操作台3来进行。由于操作船本体不能太大，而且船首还必须吊挂一个工作舱，因此，为了能承受较大的纵倾力矩，实现带舱作业的正确浮态，在操作船尾部还设置了两个压载水舱2（左右各一个），压载水的注入和排空，由主机带动压载水泵（设在机舱内）来承担。操作船由主机带动两台油泵，提供全部液压动力。两台油泵的油路设计具有合流装置和卸荷装置，既可以使主机不带负荷的启动，又可以控制单泵或双泵供油，以节约动力和降低系统发热量。除此之外，操作船上并设有防撞导管7、液压油舱9、机舱10、燃油舱11等机构。

采用本发明的干式防腐维护，适用于不同的水质和气象条件，可以由一条操作船运送多个维护工作舱，来同时完成多个桩结构的防腐维护工作。具有增强防腐涂层附着力，施工质量好，效率高和费用低廉等优点。

本发明的具体结构由以下的附图给出。

图1 工作舱

1、自锁式挂勾 2、固定体 3、上固定空气舱 4、左开合油缸 5、下可调空气舱 6、裙带式密封装置 7、下径向定位装置 8、弹性密封装置 9、潜水泵 10、下踏板 14、右开合油缸 15、上踏板 16、可调空气舱调节水阀操作器 17、排水口 18、上径向顶紧机构 19、左活动体 20、上轴向顶紧机构 21、压缩空气管进出口 22、液压油进出管 23、右活动体

图2 组合密封装置

1、裙带式密封裙 2、联接底板 3、下径向定位装置 4、弹性密封装置包复层 5、高弹性橡胶

图3 上径向顶紧装置

1、顶板 2、导套 3、锁紧装置 4、顶杆 5、联接套 6、油缸活塞杆 7、活塞式油缸 8、进出油口 9、球头顶轴 10、导向键

图4 自锁式挂勾

1、锁紧机构 2、挂勾体 3、锁紧卡环 4、定位销

图5 联动门架

1、门架 2、导向杆 3、升降滑轮 4、横倾机构 5、横倾油缸 6、挂杆 7、升降油缸 8、回转导轮 9、升降小车 10、下联接耳板 11、上联接耳板

图6 联动门架升降机构

1、门架 2、导杆 3、升降滑轮 4、升降链条 5、升降油缸 6、升降小车 7、升降导轮

图7 联动门架横倾机构

1、门架 2、升降小车 3、回转导轮 4、横倾架 5、横倾油缸 6、挂杆

图8 总图

Ⅰ、操作船 Ⅱ、工作舱 Ⅲ、联动门架

1、主推进器（尾半回转） 2、尾压载水舱 3、主操作台 4、纵倾油缸 5、付操作台 6、付推进器（首半回转） 7、防撞导管 8、下联接支架 9、左液压油舱 10、机舱 11、右燃油舱 12、转向油缸

实施例：

按本发明的方法制成的总长4.07mx型宽3.43mx型深1.40m、配备主机功率80 马力，2个推进器，带舱调遣航速可达5.5km/h，续航力为40h以及抗风能力达到6级的单底单甲板箱形钢质焊接结构的操作船;以及用钢结构制作的升降范围达1.5m，前倾角度可作0～25°之间调整以及横倾角度可作左、右各为23°的联动门架;并且用钢结构制造最大开启尺寸达1.5m，排水时间≤8分钟的干式防腐维护用工作舱。这套干式维护工作舱及操作船可方便地运行于桩结构群中间，抵抗五级以下风力、桩结构间的涌浪和抗衡1.5m/s的水流速度，能平稳、快速地靠桩，将工作舱与φ914～φ1219mm的园形直桩和具有18°斜度的园形斜桩之间的抱合。通过操作排水泵，在8分钟之内将工作舱中水排除，使工作舱内形成一个干式的环境，操作工可在这个干式环境中对潮差带区域的钢桩进行气流吹干、清铲、打磨，涂刷防腐涂层以及热气流烘干等整套防腐维护的操作，以达到桩结构防腐、延长桩结构使用寿命的目的。

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水下桩结构干式维护工作舱及其操作船

本发明涉及水下结构物（由钢材或混凝土材质制成的），特别是潮差带区域维护用干式工作舱及其运输操作船。

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