Устройство для осуществления крепления трубных стальных свай в опорном основании морских гидротехнических сооружений

Полезная модель относится к строительству морских сооружений, а именно к технологии крепления трубных стальных свай в опорном основании морских гидротехнических сооружений (платформ).
Известен способ крепления трубных стальных свай в опорном основании морских стационарных гидротехнических сооружений (платформ), а также устройство для его осуществления по патенту на изобретение RU 2689471 от 01.08.2018 (опубл. 28.05.2019), который предусматривает применение устройства, оборудованного гидравлическими домкратами, обеспечивающими разжим сваи в районе расположения внутренних круговых проточек направляющих гильз.
Основной недостаток связан с тем, что данное устройство реализует местное воздействие на внутреннюю стенку сваи в процессе крепления в направляющих гильзах опорного основания морской стационарной платформы и не обеспечивает равномерную раздачу трубы по всей длине окружности, что уменьшает надежность закрепления.
Задачей заявленной полезно модели является создание устройства, обеспечивающего крепление трубных свай в опорном основании морских гидротехнических сооружений с устранением вышеуказанных недостатков. Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение надежности крепления свай в направляющих гильзах опорного основания за счет применения устройства, оборудованного раскатными роликами, приводным механизмом и механизмом подачи, обеспечивающими равномерную пластическую деформацию материала сваи по всей длине окружности круговой проточки в направляющей гильзе геометрией, соответствующей профилю раскатных роликов, и наличия цилиндрического участка соприкосновения наружной поверхности стенки сваи с внутренней поверхностью круговой проточки направляющей гильзы, увеличивающего прочность соединения в осевом направлении.
Технический результат достигается за счет крепления трубных свай в опорном основании морских стационарных сооружений, при котором устанавливают опорное основание морского сооружения на морское дно, забивают трубные сваи через направляющие гильзы опорного основания в дно моря, опускают внутрь сваи устройство, оснащенное раскатными роликами таким образом, чтобы раскатные ролики располагались симметрично относительно горизонтальной плоскости, проходящей через середину внутренней круговой проточки направляющей гильзы, а шпонки, расположенные на несущем основании устройства, совпали со шпоночными пазами, выполненными на торце сваи, что исключает возможность проворота устройства во время работы; посредством привода роликам сообщают вращательное движение относительно оси сваи, создают давление в гидросистеме гидроцилиндра, при этом штоки гидроцилиндров сообщают раскатным роликам радиальное перемещение по отношению к оси сваи, при этом ролики давят на внутреннюю поверхность сваи до достижения давлением величины, при которой напряжение в теле трубной сваи достигает предела текучести материала сваи, таким образом комбинация двух движений - вращательного и поступательного - обеспечивает равномерную пластическую деформацию материала сваи по всей длине окружности круговой проточки в направляющей гильзе геометрией, соответствующей профилю раскатных роликов, при этом зазор в вертикальной плоскости между роликами обеспечивает образование цилиндрического участка соприкосновения наружной поверхности стенки сваи с внутренней поверхностью круговой проточки направляющей гильзы, при этом контроль над процессом разжима материала сваи осуществляют по изменению давления в гидросистеме гидроцилиндра и величины крутящего момента, по окончании процесса деформации штоки вместе с роликами возвращаются в исходное положение, осуществляют подъем устройства.
При этом фиксация от осевого проворота устройства во время работы может быть обеспечена устройством другого типа, например, гидроцилиндром с одним или несколькими штоками, оснащенными накладками в виде цилиндрического сектора, соответствующего геометрии внутренней стенки сваи, или блоком гидроцилиндров с аналогичными накладками.
При этом гидроцилиндр содержит, по меньшей мере, два штока, которые могут перемещаться в радиальных направлениях по отношению к оси сваи, сообщая раскатным роликам радиальное перемещение.
При этом рабочий орган устройства содержит, по меньшей мере, два блока раскатных роликов.
При этом применяется пружинный или гидравлический возврат штока в исходное положение.
Кроме того, гидроцилиндр может быть заменен на устройство иного типа (н-р, механическое) сообщающее роликам необходимую величину осевого перемещения с усилием, достаточным для достижения давлением величины, при которой напряжение в теле трубной сваи достигает предела текучести материала сваи.
При этом крепление гидроцилиндра, или аналогичного устройства, осуществляется посредством фланцев или посадочных гнезд непосредственно к корпусу устройства или кронштейну, закрепленному на корпусе устройства. При этом рабочий орган устройства имеет возможность осевого перемещения относительно оси сваи при выполнении крепления сваи в нескольких последовательно расположенных внутренних круговых проточках направляющей гильзы с возможностью фиксации в положениях, когда раскатные ролики располагаются симметрично относительно горизонтальной плоскости, проходящей через середину внутренней круговой проточки направляющей гильзы.
При этом имеется механизм, сообщающий роликам вращательное движение относительно оси сваи.
Устройство также может включать гидравлическую и/или электрическую станции, включенную в систему гидроэлектроснабжения устройства, оборудованные дистанционным управлением.
Сущность предлагаемого способа поясняется чертежами:
фиг. 1 - схема устройства, оборудованного раскатными роликами, приводным механизмом и механизмом подачи, обеспечивающего крепление сваи во внутренних круговых проточках направляющих гильз; фиг. 2 - схема устройства с механизмом фиксации от осевого проворота в виде четырех гидроцилиндров со штоками, оснащенными накладками в виде сферического сектора, соответствующего геометрии внутренней стенки сваи,
где
1 - трубная стальная свая;
2 - направляющая гильза;
3 - вал шлицевый;
4 - шпонка;
5 - раскатной ролик;
6 - приводной механизм;
7 - гидроцилиндр;
8 - шток гидроцилиндра;
9 - вилка;
10 - ось;
11 - подшипник;
12 - разъемное стопорное кольцо;
13 - гидроцилиндр механизма фиксации;
14 - накладка штока.
Способ крепления трубных стальных свай в опорном основании морских стационарных сооружений (платформ) с помощью устройств, оборудованных раскатными роликами, приводным механизмом и механизмом подачи, включает следующие операции:
1. Торцевание трубной стальной сваи (1), забитой через направляющие гильзы (2) установленного опорного основания сооружения на морское дно, в требуемый размер.
2. Выполнение на верхнем торце сваи (1) двух шпоночных пазов.
3. Осевая фиксация шлицевого вала (3) в рабочем положении при транспортном (горизонтальном) расположении устройства.
4. Спуск устройства внутрь сваи (1) до контакта базовой плоскости устройства с торцом сваи (1) и фиксации устройства посредством шпонок (4) в торцевых шпоночных пазах. Предварительная фиксация вала в рабочем положении обеспечивает расположение раскатных роликов (5) симметрично относительно горизонтальной плоскости, проходящей через середину внутренней круговой проточки направляющей гильзы (2).
5. Передача крутящего момента от приводного механизма (6), состоящего, например, из гидромотора-редуктора и зубчатой передачи, к шлицевому валу (3).
6. Создание давления в системе гидроцилиндра (7). При этом штоки (8) гидроцилиндра (7) через вилки (9) давят на оси (10), на которых на подшипниках (11) закреплены ролики (5), перемещая их в радиальном направлении по отношению к оси сваи (1).
7. При достижении давлением величины, при которой напряжение в теле сваи (1) достигает предела текучести материала сваи, начинается пластическая деформация (разжим) тела сваи (1) во внутреннюю круговую проточку направляющей гильзы (2). Контроль над процессом разжима (пластической деформации) материала сваи (1) осуществляется посредством устройства, осуществляющего анализ данных датчиков давления гидроцилиндра (7) и величины крутящего момента. Резкое возрастание показателей свидетельствует о том, что наружная поверхность сваи (1) вошла в контакт с внутренней поверхностью круговой проточки направляющей гильзы (2). Процесс разжима сваи (2) окончен.
8. Штоки (8) вместе с раскатными роликами (5) возвращаются в транспортное положение с помощью гидросистемы (или иного механизма возврата, например, пружинного).
9. Демонтаж разъемного стопорного кольца (12).
10. Перемещение рабочего органа устройства в следующее рабочее положение. Фиксация шлицевого вала (3) в рабочем положении посредством разъемного стопорного кольца (12). Разжим сваи (1) во внутреннюю круговую проточку направляющей гильзы (2) согласно пп. 5-8.
11. Осуществляется подъем устройства. Процесс крепления сваи (1) в направляющей гильзе (2) опорного основания завершен.
Для лучшего понимания предлагаемой полезной модели и демонстрации возможности использования различных вариантов механизма фиксации от осевого проворота устройства относительно оси сваи представлена фиг.2. Согласно представленной фигуре шпонки 4 могут быть заменены альтернативным механизмом фиксации от осевого проворота устройства относительно оси сваи, состоящим из гидроцилиндров 13, штоки 14 которых оснащены накладками в виде цилиндрического сектора, соответствующего геометрии внутренней стенки сваи. Данный механизм может быть применим в случае, когда не предоставляется возможность выполнить шпоночные пазы на торце сваи.