李林山 張飛躍 黃成成 馮炎焜

摘要：隨著海上風(fēng)電施工由潮澗帶、淺水（10米左右水深），到目前深水區(qū)的發(fā)展，原有的單樁基礎(chǔ)在深水使用由于自重大設(shè)備要求高，已有大部分被水下四樁基礎(chǔ)所代替，國內(nèi)原有引進國外的打樁錘，只具備水面之上打樁功能，論文詳細(xì)介紹了如何將水上打樁錘改造下水及如何控制的方法，為我國海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電;水下打樁;水下打樁改造;控制方法

1.引言

我國海上風(fēng)力發(fā)電從2008年開始起步，從2015年開始進入快速發(fā)展的時期，從起初的水泥承臺、多樁導(dǎo)管架基礎(chǔ)、高樁承臺基礎(chǔ)，大直徑單樁基礎(chǔ)，到現(xiàn)在為了適應(yīng)水深20-40多米深水區(qū)的水下四樁導(dǎo)管架施工，原有的水面以上液壓錘已經(jīng)無法適應(yīng)目前時局的需求，早期的海上施工技術(shù)人員在不斷的專研和創(chuàng)新，結(jié)合目前的形式，理論聯(lián)系實際，采用科學(xué)的改造方法和反復(fù)的試驗實現(xiàn)了液壓錘水下打樁功能。為我國的海上風(fēng)電發(fā)展做出貢獻，擺脫了國外的技術(shù)壟斷，節(jié)省了成本。

2.打樁錘水下施工改造總述

如圖0所示，國內(nèi)目前的液壓打樁錘只有錘桿，錘帽、動力站、控制室等四部分。不具備下水的條件隨著國內(nèi)風(fēng)電由淺水到深水邁進，水下四樁導(dǎo)管架也應(yīng)運而生，本設(shè)計通過對液壓打樁錘改造設(shè)計通過在液壓打樁水下打樁設(shè)備上增加水位檢測傳感器、配重、錘頂供氣管、錘頂供氣管連接頭、多通連接頭、水位檢查及氣壓控制箱、高壓空壓機氣動站、空壓機控制系統(tǒng)，水位監(jiān)測傳感器實時檢測打樁錘錘帽中的水位情況，液壓打樁設(shè)備錘帽進入水中后，通過高壓空氣氣動站將氣體充入錘體內(nèi)，錘體和錘帽有氣管連接，高壓空氣既保護了錘體內(nèi)的電控設(shè)備，同時又有氣體去排空替打和樁之間的夾水使液壓打樁水下打樁設(shè)備在進行水下打樁的時候阻力減小，本裝置設(shè)計合理，有效降低裝置在水下打樁的阻力，同時保護了錘體內(nèi)部電控設(shè)備降低設(shè)備工作消耗的能量，增加設(shè)備的使用壽命。

3.技術(shù)方案

為實現(xiàn)上述液壓錘水下打樁目的，提供如下技術(shù)方案：液壓打樁錘水下打樁改造設(shè)計，如圖1所示包括增加水位檢測傳感器、配重、錘頂供氣管、錘頂供氣管連接頭、多通連接頭、水位檢查及氣壓控制箱、高壓空壓機氣動站、空壓機控制系統(tǒng)，所述液壓打樁水下打樁設(shè)備在原打樁錘機構(gòu)上進行設(shè)備和部件安裝，如圖1.在錘體上部安裝了三通閥門，三通閥門一頭通過氣管33連接到高壓空氣動站19，作為供氣源，一頭連接到錘頂供氣接口11在打樁之前切換閥門到錘頂供氣側(cè)通過氣控裝置如圖二給錘頂腔供氣提供反作用力，保證液壓錘實現(xiàn)雙倍重力加速度。另一頭接到在打樁錘的側(cè)壁上的錘體氣體保護導(dǎo)管8，錘體氣體保護導(dǎo)管通過固定件安裝在錘殼的側(cè)壁上，錘體氣體保護導(dǎo)管接到錘殼上的三通塊上，三通塊一頭進氣到錘體里，另一頭通過錘帽進氣管13接到錘帽上，從氣控箱17引出兩路控制線路，1路線通到高壓空氣站29，控制內(nèi)部氣控站內(nèi)的電磁閥給錘體供氣，同時反饋氣體壓力信號給壓力變送器21，另一路線通過與錘體控制線并聯(lián)，將水位檢測傳感器的信號傳送給氣控站，氣控站內(nèi)設(shè)計了電控線路，電控線路通過反饋回來的信號，反應(yīng)到了氣控箱上的指示燈上，氣控箱上的指示燈能夠反饋給操作者信號知道水位情況，如圖一中，水位檢測管5安裝在錘帽側(cè)壁上，一頭通過氣管連接到錘殼，行成U型管原理，水位檢測管里的水位及是錘帽內(nèi)的水位情況，水位檢測管里安裝了水位檢測傳感器，線路通過氣管連接到錘體接線口處，線路與錘體內(nèi)的控制線路并線，最終通過錘體總的控制線路反饋信號回氣控站17.

如圖1在錘體上部設(shè)置三通閥門，在打樁前通過閥門切換給錘頂供氣，實現(xiàn)了給錘頂腔供氣提供反作用力，保證液壓錘實現(xiàn)雙倍重力加速度，在打樁時切換到另一側(cè)給錘體供氣進行電氣保護同時也給

所述錘桿的兩側(cè)側(cè)壁上對稱設(shè)有配重如圖2，根據(jù)浮力計算錘體進入水深10米后會出現(xiàn)懸浮狀態(tài)無法繼續(xù)打樁，計算水下50米壓強，通過浮力公式算出配重所需重量抵消浮力作用，配重均勻布置在錘殼上能防止偏心作用力。所述配重的兩側(cè)對稱設(shè)有固定連接件，固定連接件上設(shè)有螺絲孔，所述固定連接件與配重本體為一體結(jié)構(gòu)。

所述如圖3氣動控制箱內(nèi)設(shè)有電源控制系統(tǒng)，數(shù)字顯示儀表系統(tǒng)，閥值電路系統(tǒng)與控制電路系統(tǒng)?？梢钥刂聘邏嚎諝鈿饪卣窘o錘體供氣，同時在高壓空氣氣動站內(nèi)設(shè)有壓力傳感器，可以反饋輸出氣體壓力值，根據(jù)錘體下水深度每10米增加1公斤氣壓保證錘帽的水能排除，同時錘帽外水位傳感器反饋的信號也能送到氣動控制箱，經(jīng)過閾值電路計算，可以反映錘帽內(nèi)的水位情況，能夠及時排水保證替打和樁之間沒有夾水。

高壓氣控站內(nèi)設(shè)計有空壓機如圖4，各種管路和壓力檢測傳感器，氣瓶組。1，能夠保證水下打樁時氣體源源不斷供應(yīng)，2設(shè)有各種減壓閥更具不同水深設(shè)定輸出氣壓值。3，在供氣路上設(shè)計電磁閥，可以遠(yuǎn)程控制供氣。4.在氣路上設(shè)計旁通閥門，保證電磁閥壞了能夠繼續(xù)供氣。5.設(shè)有各種壓力傳感器能夠知曉輸出氣壓值，氣瓶內(nèi)氣壓值等。

控制器連接頭通過數(shù)據(jù)線與水位檢查及氣壓控制箱連接，所述水位檢查及氣壓控制箱的底部另一側(cè)設(shè)有220V外接電源插頭，220V外接電源插頭通過導(dǎo)線與水位檢查及氣壓控制箱接通。

如圖5水位傳感器設(shè)計原理：根據(jù)并串聯(lián)電路原理當(dāng)水位到不同位置時接通不同的電阻，形成不同的串并聯(lián)電路，電路中的電流值也發(fā)生變化，在氣控箱里設(shè)計了檢測不同電流值的閾值控制電路，控制電路反饋信號接通了各個水位高低過高等指示燈，就能清晰的知道錘帽內(nèi)水位的狀態(tài)，為后面的操作提供依據(jù)。

4.控制方法

當(dāng)液壓錘錘帽入水之后，水位檢測傳感器檢測到水位時，當(dāng)氣控箱上的顯示燈會從低-高—過高開始亮，這些顯示燈實際顯示的是樁帽內(nèi)的水位，正常狀態(tài)下傳感器過高點距離替打下部20CM，一般狀態(tài)下我們要將水位控制在低點，這樣才能保證替打和樁之間不存夾水造成能量損失。當(dāng)?shù)忘c燈亮?xí)r，我們通過氣控箱加氣開關(guān)，向錘帽內(nèi)供氣，保證水位不向上漲。液壓錘帽下到不同的水深需要不同壓力的空氣才能排除水，在打樁前通過減壓閥要設(shè)定氣控站輸出最大水深時所需氣壓。在氣動站出口安裝了壓力傳感器，壓力值信號反饋在氣控箱上，根據(jù)同一管線中壓力處處相等，實際錘帽進氣口的壓力就是氣動站出口壓力，通過供氣時間長短能達(dá)到想要的氣壓。才能達(dá)到排水效果。

5.結(jié)語

從上文所述的方法已通過實際水下打樁驗證，達(dá)到理想的要求，我國海上風(fēng)電發(fā)展過程中面臨問題和挑戰(zhàn)，我們要勇于思考，面對問題迎難而上，敢于創(chuàng)新。同時也要吸收國外好的經(jīng)驗方法為之所用，這樣才能促進國內(nèi)技術(shù)的發(fā)展。

作者簡介：

李林山（1986～），男，江蘇海安人，大學(xué)本科學(xué)歷，助理工程師，從事海上施工設(shè)備和船機設(shè)備管理及維護，從事設(shè)備改進更新研究10年。

（作者單位：江蘇龍源振華海洋工程有限公司）