高亞麗，崔郎郎，曹立鋼，苗軍克，趙紅紅

（中信重工機(jī)械股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471003）

風(fēng)能作為清潔能源在調(diào)整我國(guó)能源結(jié)構(gòu)和環(huán)境保護(hù)方面起重要作用。近年來(lái)根據(jù)國(guó)家的決策部署，我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)尤其是海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展。國(guó)家《可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》提出，到2020年，海上風(fēng)電開(kāi)工建設(shè)1 000萬(wàn)kW，確保建成500萬(wàn)kW。市場(chǎng)前景極為廣闊。海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是利用大型或超大型液壓打樁錘施工裝備將近千噸的整體鋼管基礎(chǔ)樁植入到海床里[1-4]。

液壓打樁錘是一種利用液壓油傳遞動(dòng)力驅(qū)動(dòng)錘芯運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)打樁作業(yè)的設(shè)備。柔性管束作為液壓油的傳輸主體，其完整性至關(guān)重要，管束折彎、破損等現(xiàn)象都不是人們?cè)敢饪吹降摹?/p>

1 液壓打樁錘柔性管束使用現(xiàn)狀

液壓打樁錘進(jìn)行打樁作業(yè)時(shí)，錘體放置在鋼管基礎(chǔ)樁上，動(dòng)力站放置在施工船或工作平臺(tái)上，兩者相距較遠(yuǎn)且存在高度差，錘體與動(dòng)力站間柔性管束有效工作長(zhǎng)度呈懸掛狀態(tài)，冗余長(zhǎng)度盤放在施工船或工作平臺(tái)上，隨著鋼管基礎(chǔ)樁的不斷下沉，柔性管束有效工作長(zhǎng)度也隨之變化。

以中信重工機(jī)械股份有限公司設(shè)計(jì)制作的LK-3000液壓打樁錘為例：LK-3000液壓打樁錘額定擊打能量為3 000 kJ，依據(jù)工作流量需求，進(jìn)出油管共8根通徑為DN65的軟管（以下簡(jiǎn)稱為液壓管束），其中單根軟管最小彎曲半徑為800 mm。該液壓打樁錘動(dòng)力站與錘體相距160 m，其中懸掛高度約100 m，懸掛部分柔性管束自重加管內(nèi)液壓油重量可達(dá)10 t左右，管束接頭受力較大，存在安全隱患；其冗余部分需要人工收放，由于受其長(zhǎng)度與質(zhì)量的影響，造成了大量人力資源浪費(fèi)；此外，液壓打樁錘進(jìn)行打樁作業(yè)時(shí)，常常用吊機(jī)直接起吊管束，管束最小彎曲半徑難以保證，存在管束折斷風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)工作現(xiàn)場(chǎng)易出現(xiàn)拖拽管束等現(xiàn)象，增加管束磨損，降低使用壽命。

2 長(zhǎng)距離柔性管束防護(hù)裝置

結(jié)合液壓打樁錘工況，本文研究設(shè)計(jì)以下裝置，以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離柔性管束的防護(hù)：（1）將長(zhǎng)距離柔性管束進(jìn)行分段設(shè)計(jì)，施工方可以根據(jù)工況自主調(diào)節(jié)柔性管束長(zhǎng)度，將冗余長(zhǎng)度控制在最小范圍內(nèi)，最大程度降低管束磨損及節(jié)約人力資源；融入鋼纜受拉保護(hù)裝置，減少管束接頭受力，通過(guò)接頭與鋼纜受拉保護(hù)裝置配套使用，實(shí)現(xiàn)管束連接和鋼纜保護(hù)一體化；（2）增加耐磨柔性外套，減少管束磨損、延長(zhǎng)使用壽命；（3）研制管束放折彎起吊工具，保證管束起吊彎曲半徑，降低管束折斷風(fēng)險(xiǎn)。

2.1 分段管束和鋼纜保護(hù)裝置

每根軟管（進(jìn)油管或回油管）分為若干特定長(zhǎng)度的軟管總成并用專用接頭連接一體，綜合考慮體積、重量和可行性，分段管束采用螺紋連接。

若將單根進(jìn)油管等分為n段軟管總成，每段軟管總成長(zhǎng)度為L(zhǎng)。將分割后的n件柔性管兩端分別與2n件扣壓接頭、2n件螺母扣壓一體，扣壓前，先將扣壓接頭與螺母裝配一體。扣壓后，柔性管端面與螺母光孔外端面有一定距離。將n件扣壓后柔性管與n-1件專用過(guò)渡接頭裝配一體，即將扣壓接頭24°錐面插入專用過(guò)渡接頭內(nèi)部24°錐面內(nèi)，利用螺母內(nèi)螺紋和專用過(guò)渡接頭外螺紋把合，將分段進(jìn)油管連接起來(lái)。管束連接結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 軟管分段連接結(jié)構(gòu)示意圖

將單根回油管分長(zhǎng)度為L(zhǎng)的軟管總成n-1件和長(zhǎng)度為L(zhǎng)/2的軟管總成2件，共計(jì)n+1件軟管總成，將n+1件柔性管兩端分別與2n+2件扣壓接頭、2n+2件螺母扣壓一體，扣壓前，先將扣壓接頭與螺母裝配一體?？蹓汉?，柔性管端面與螺母光孔端面有一定距離。將n+1個(gè)扣壓后柔性管與n件專用過(guò)渡接頭裝配一體，即將扣壓接頭24°錐面插入專用過(guò)渡接頭內(nèi)部24°錐面內(nèi)，利用螺母內(nèi)螺紋和專用過(guò)渡接頭外螺紋把合。長(zhǎng)度為L(zhǎng)的柔性管設(shè)置在回油管中間，長(zhǎng)度為L(zhǎng)/2的柔性管設(shè)置在回油管的兩端。

鋼纜受拉保護(hù)裝置包括連接雙環(huán)扣、鏈條鎖具、繩梨形繩套、C型快速卸扣和吊具裝配，結(jié)構(gòu)如圖2所示。吊具裝配又包括鋼絲繩、鋼絲繩壓套、夾板和軸套，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 鋼纜受拉保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 鋼纜受拉保護(hù)裝置-吊具裝配結(jié)構(gòu)示意圖

鋼纜受拉保護(hù)裝置總長(zhǎng)為（n-1/2）L，將鋼絲繩分為2n+1段，每段鋼絲繩與鋼絲繩壓套、夾板和軸套壓制一體。鋼絲繩中間壓制軸套，夾板套在軸套上，夾板上下兩側(cè)用壓套定位，其中鋼絲繩與鋼絲繩壓套、軸套無(wú)相對(duì)移動(dòng)，夾板可繞軸套360°自由轉(zhuǎn)動(dòng)，其中每段相同位置夾板間的距離為L(zhǎng)/2-50 mm；夾板數(shù)量與油管數(shù)量相同。鋼絲繩兩端分別與梨形繩套壓制一體，梨形繩套通過(guò)C型快速卸扣連接，鋼纜受拉保護(hù)裝置一端的梨形繩套與鏈條鎖具、連接雙環(huán)扣壓制一體。裸露在外的鋼絲繩應(yīng)用耐磨橡膠套包裹。

將4根進(jìn)油管和4根回油管呈圓形分布放置，鋼纜受拉保護(hù)裝置放置在圓中心軸線位置，鋼纜受拉保護(hù)裝置上緊挨鏈條鎖具鋼絲繩上的夾板套在回油管過(guò)渡接頭上，第二段鋼絲繩上的夾板套在進(jìn)油管過(guò)渡接頭上，第三段鋼絲繩上的夾板套在回油管過(guò)渡接頭上，依此類推，交錯(cuò)安裝，鋼纜受拉保護(hù)裝置和進(jìn)出油管裝配結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 軟管連接和鋼纜保護(hù)裝置示意圖和展開(kāi)圖

鋼纜受拉保護(hù)裝置上夾板內(nèi)徑與管束過(guò)渡接頭圓柱面外徑配合，夾板的內(nèi)徑大于過(guò)渡接頭圓柱面外徑，鋼纜受拉保護(hù)裝置上的鋼絲繩長(zhǎng)度小于柔性管束長(zhǎng)度。

2.2 耐磨柔性外套

選用滌綸或其他耐磨材料的單繩，編織成網(wǎng)格密度不同的繩網(wǎng)，如圖5所示。耐磨柔性外套設(shè)置在柔性管束和鋼纜受拉保護(hù)裝置形成圓柱體的外表面，利用單繩將耐磨柔性外套兩側(cè)交錯(cuò)纏繞編織一體，使耐磨柔性外套呈圓筒狀，將柔性管束和鋼纜受拉保護(hù)裝置包裹起來(lái)，利用耐磨柔性外套端部單根繩纏繞固定。在管束接頭處繩網(wǎng)密度應(yīng)適當(dāng)變大，以方便觀察管束接頭使用情況，便于維護(hù)和更換。在軟管處繩網(wǎng)密度應(yīng)適當(dāng)變小，以更好保護(hù)軟管外層橡膠。

圖5 耐磨柔性外套-繩網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 管束防折彎起吊工具

管束防折彎起吊工具包括起吊架、銷軸、銷軸軸套、擋板和螺栓，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 管束防折彎起吊工具結(jié)構(gòu)示意圖

起吊架是由鋼板、槽鋼焊接形成截面為U字形的半圓柱面。第一塊鋼板呈半圓柱狀放置，用第二塊鋼板連接第一塊鋼板兩側(cè)，第二塊鋼板平面平行于水平面；兩件第三塊鋼板對(duì)稱焊接在第一塊鋼板的兩側(cè)，呈類V狀；第三塊鋼板與第一塊鋼板有一定夾角；第四塊鋼板設(shè)置成呈半圓環(huán)狀，半圓頂部有圓滑過(guò)渡的尖角，兩件第四塊鋼板焊接在兩件第三塊鋼板上并呈豎直狀態(tài)。第一塊鋼板、兩件第三塊鋼板和兩件第四塊鋼板都外切于耐磨柔性外套包裹的柔性管束和鋼纜受拉保護(hù)裝置形成的圓。第四塊鋼板內(nèi)徑小于第三塊鋼板上頂部所在圓直徑。兩件第四塊鋼板上設(shè)置有光孔，用于安裝銷軸；銷軸與銷軸軸套裝配后，銷軸軸套外徑外切于耐磨柔性外套包裹的柔性管束和鋼纜受拉保護(hù)裝置形成的圓。其中一件第四塊鋼板上設(shè)置螺紋孔，螺紋孔呈矩形分布。兩件槽鋼對(duì)稱焊接在兩塊第四塊鋼板的外側(cè)，槽鋼呈半圓狀，槽鋼內(nèi)徑大于第四塊鋼板內(nèi)徑。在槽鋼內(nèi)徑和第四塊鋼板的內(nèi)徑之間設(shè)置支撐槽鋼。第一件鋼板與第二件鋼板之間設(shè)置支撐鋼板。

銷軸是兩段階梯狀的圓柱體，第一臺(tái)階外徑大于第四塊鋼板上光孔直徑，第二臺(tái)階直徑略小于第四塊鋼板上光孔直徑；銷軸第二臺(tái)階長(zhǎng)度大于兩塊第四塊鋼板間距離；銷軸第二臺(tái)階端部設(shè)置有溝槽，溝槽內(nèi)側(cè)面到第一臺(tái)階側(cè)面距離略小于兩塊第四塊鋼板間距離。

銷軸軸套為中空管狀結(jié)構(gòu)，銷軸軸套內(nèi)徑大于銷軸直徑，軸套外徑沿軸線方向設(shè)置有起吊鋼板，起吊鋼板與軸套焊接一體。起吊鋼板上設(shè)置有光孔。

擋板為矩形鋼板，矩形鋼板厚度小于銷軸上溝槽寬度。矩形鋼板上設(shè)置有光孔。

設(shè)備裝配時(shí)，進(jìn)油柔性管束和回油柔性管呈圓形分布放置，鋼纜受拉保護(hù)裝置放置在圓中心軸線位置，鋼纜受拉保護(hù)裝置上緊挨鏈條鎖具鋼絲繩上的夾板套在回油管過(guò)渡接頭上，第二段鋼絲繩上的夾板套在進(jìn)油管過(guò)渡接頭上，第三段鋼絲繩上的夾板套在回油管過(guò)渡接頭上，依此類推，交錯(cuò)安裝。耐磨柔性外套包裹在柔性管束和鋼纜受拉保護(hù)裝置形成的圓柱體外表面上。最后將柔性管束與設(shè)備接頭對(duì)接，通過(guò)鋼纜受拉保護(hù)裝置上的連接雙環(huán)扣掛在設(shè)備專用吊耳上。

耐磨柔性外套、柔性管束和鋼纜受拉保護(hù)裝置形成的圓柱體放置在管束起吊過(guò)渡工具的起吊架內(nèi)，銷軸第二臺(tái)階穿過(guò)起吊架上的兩件第四塊鋼板光孔和銷軸軸套內(nèi)孔；擋板插入銷軸第二臺(tái)階溝槽內(nèi)，用螺栓將擋板把合在吊架上的兩件第四塊鋼板的螺紋孔內(nèi)，并保證銷軸軸套起吊鋼板豎直放置。

設(shè)備工作時(shí)，用兩臺(tái)吊具吊住兩件管束起吊過(guò)渡工具，兩件管束起吊過(guò)渡工具有一定距離，使柔性管束呈雙駝峰狀布置，保證管束彎曲半徑。

3 結(jié)論與展望

（1）管束分段設(shè)計(jì)與鋼纜受拉保護(hù)裝置一體化設(shè)計(jì)，解決了大通徑管束豎直工況接頭受力問(wèn)題，可有效降低管束接頭受力。

（2）使用耐磨柔性外套可以有效降低在施工中拖拽對(duì)管束外層的磨損。

（3）液壓錘施工時(shí)，吊具防折保護(hù)的使用，可以保證管束彎曲半徑，降低折斷風(fēng)險(xiǎn)，降低管束損壞風(fēng)險(xiǎn)，延長(zhǎng)使用壽命。

通過(guò)以上技術(shù)綜合應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離柔性管束的防護(hù)。防護(hù)裝置不僅滿足液壓打樁錘施工需要，還可以應(yīng)用于其他設(shè)備，特別是海洋工程設(shè)備。

近年，國(guó)內(nèi)海洋工程設(shè)備技術(shù)正在快速發(fā)展，相信不久的將來(lái)，我國(guó)海洋工程裝備可以擺脫技術(shù)制約，能夠有效支撐我國(guó)海洋工程的高質(zhì)量發(fā)展。