本发明属于海洋工程技术领域，具体地，涉及一种钻头助力自升式平台桩靴。钻头助力自升式平台桩靴，包括：桩靴主体，桩靴主体位于桩腿下端，可根据不同海底地形情况在桩靴主体的上部或/和下部表面安装钻头；本发明插桩过程中，通过下部钻头转动及高压水旋转喷冲，疏松桩靴下部泥沙，减小泥沙阻力，降低插桩难度，拔桩过程中，通过上部钻头转动及旋转喷冲，疏松覆盖在桩靴上表面的泥沙，减小上部泥沙阻力；通过下部钻头转动及旋转喷冲，减小海底淤泥摩擦力，降低拔桩难度。
1.一种钻头助力自升式平台桩靴，包括：桩靴主体，桩靴主体位于桩腿下端，根据不同海底地形情况在桩靴主体的上部或/和下部表面安装钻头，其特征在于：所述钻头为喷射式牙轮钻头，在钻头外表面布置有出水孔；通过调整钻头位置及数量以适用于不同桩靴结构形式，钻头分别沿桩靴主体（1）周向均匀或不均匀分布设置；钻头布置于桩靴主体（1）表面，与桩靴主体（1）之间使用格莱圈进行双层密封；
所述桩靴主体与桩腿内部布置输电线、给水管，自平台主体向钻头输送电压及高压水，带动钻头工作以降低插拔桩阻力；根据不同海底地基情况调整钻头种类、型号及电压、水压、电动机功率；
所述桩靴主体为截面积远大于桩腿的箱形体，平面形状为圆形、多边形或者锥形；针对不同海底地形调整钻头布置情况，即选择仅在桩靴主体上部或/和下部安装钻头；
桩靴主体内部水平设置支撑板，支撑板与桩靴主体平面形状相同；桩靴主体内部周向均匀布置八套钻头助力装置，钻头助力装置固定于支撑板上；每套钻头助力装置由轴线位于同一竖向平面内的下述构件组成，包括：电动机、前联轴器、后联轴器、横向传动轴、转向箱、上部纵向传动轴、上部钻头，下部纵向传动轴，下部钻头；电动机与转向箱均通过螺栓固定在支撑板上；电动机通过前联轴器、后联轴器、横向传动轴向转向箱传递扭矩；上部纵向传动轴、下部纵向传动轴与上部钻头、下部钻头通过上部花键、下部花键连接固定，保证钻头旋转稳定性；转向箱通过上部纵向传动轴、下部纵向传动轴向上部钻头、下部钻头传递扭矩。
2.根据权利要求1所述的钻头助力自升式平台桩靴，其特征在于，所述电动机为防水电动机，所述转向箱为防水转向箱。
3.一种采用权利要求1-2之一所述的钻头助力自升式平台桩靴进行插桩作业的方法，其特征在于，包括以下步骤：
插桩时，桩腿下放至指定深度，桩靴主体接触海底地面，桩靴主体与桩腿继续向下插入海底地基土；此时，由输电线自平台主体向电动机输送电压，电动机开始转动，通过传动轴及转向箱向下部钻头传递扭矩，带动下部钻头转动；同时，高压水自平台主体经由上给水管输送至下部钻头喷出，并通过下部钻头转动实现旋转喷冲；通过下部钻头转动及高压水旋转喷冲，疏松桩靴下部泥沙，减小插桩阻力。
4.一种采用权利要求1-2之一所述的钻头助力自升式平台桩靴进行拔桩作业的方法，其特征在于，包括以下步骤：
拔桩时，桩腿给桩靴主体提供主要提升力；受固结在桩靴主体上部泥沙阻力及海底地基淤泥的接触摩擦力影响，拔桩难度增大；此时，接通电源，由输电线向电动机供电，电动机开始转动，通过传动轴及转向箱向上部钻头、下部钻头传递扭矩，带动钻头转动；同时，高压水自平台主体经由给水管输送至钻头处喷出，并通过钻头转动实现旋转喷冲；通过上部钻头转动及高压水旋转喷冲，可以疏松覆盖固结在桩靴上表面的泥沙，减小上部泥沙阻力，降低拔桩难度；通过下部钻头的转动及高压水旋转喷冲，可以减小与海底地基淤泥的接触摩擦以达到顺利拔桩的目的。
钻头助力自升式平台桩靴
技术领域
[0001] 本发明属于海洋工程技术领域，具体地，涉及一种钻头助力自升式平台桩靴。
背景技术
[0002] 随着海洋资源的进一步开发利用，海洋平台的发展规模越来越大，大批海洋平台(尤其是自升式海洋平台)在世界范围内被广泛应用。为了提高自升式海洋平台稳定性，一般在桩腿底部设置截面积比桩腿截面积大的桩靴。桩靴的结构形式有圆形、矩形、多边形和锥形等，目的均为增大其与海床的接触面积，减小对海底地面的压强，从而提高平台稳定性。传统的桩靴形式在插桩过程中经常会发生入泥深度浅、地基不稳以及刺穿等问题。插桩后桩腿在平台压力下陷入海床内，泥沙大量堆积在桩靴周围，拔桩时受到桩靴上方泥沙压力和海底淤泥摩擦力的影响，需要较大的拔桩力，影响平台落水时的稳定性。
发明内容
[0003] 为克服现有技术中存在的插拔桩困难的问题，本发明提供一种钻头助力自升式平台桩靴。对于自升式钻井平台，一般在每一桩腿的下端设一面积较大的箱体以增大海底支承面积，桩靴的结构形式一般有圆形、矩形、多边形和锥形等。本发明以正八边形桩靴为例，在桩靴上下表面均匀布置有多个喷射式牙轮钻头，通过喷射式牙轮钻头转动从而疏松桩靴上下部泥沙，达到减小插拔桩阻力、降低插拔桩难度的目的。
[0004] 为实现上述目的，本发明采用下述方案：
[0005] 钻头助力自升式平台桩靴，包括：桩靴主体，桩靴主体位于桩腿下端，可根据不同海底地形情况在桩靴主体的上部或/和下部表面安装钻头。
[0006] 由于采取以上技术方案，本发明具有如下有益效果：
[0007] 1、插桩过程中，通过下部钻头转动及高压水旋转喷冲，疏松桩靴下部泥沙，减小泥沙阻力，降低插桩难度。
[0008] 2、拔桩过程中，通过上部钻头转动及旋转喷冲，疏松覆盖在桩靴上表面的泥沙，减小上部泥沙阻力；通过下部钻头转动及旋转喷冲，减小海底淤泥摩擦力，降低拔桩难度。
[0009] 3、通过电动机正向、反向转动实现钻头正转与反转，可以有效解决拔桩时桩靴上部泥沙固结的问题。
[0010] 4、使用两层格莱圈分别对钻头及转轴进行旋转动密封，可以有效防止海水与泥沙进入桩靴内部，从而保证其良好的密封性能。该方案对于不同的装靴形式具有普遍适用性，可根据实际情况调整钻头的位置及数量。
[0011] 5、可调整电动机功率，钻头尺寸、钻压、钻速和喷冲水压等以适应不同海底地形情况。
附图说明
[0012] 图1是正八边形桩靴基本结构图。
[0013] 图2是钻头助力自升式平台桩靴俯视图。
[0014] 图3是图1的A-A向的局部剖视示意图。
[0015] 图4是图1中钻头助力装置局部放大示意图。
[0016] 图5是图2的局部剖视放大示意图。
[0017] 其中：1、桩靴主体，2、桩腿，3、输电线，4、上给水管，5、下给水管，6、钻头助力装置，7、电动机，8A、前联轴器，8B、后联轴器，9、横向传动轴，10、转向箱，11A、上部纵向传动轴，
11B、下部纵向传动轴，12A、上部钻头，12B、下部钻头，13、支撑板，14A、上部外格莱圈，14B、下部外格莱圈，15A、上部内格莱圈，15B、下部内格莱圈，16A、上部花键，16B、下部花键。
具体实施方式
[0018] 如图1至图5所示，钻头助力自升式平台桩靴，包括：桩靴主体1，桩靴主体1位于桩腿2下端，可根据不同海底地形情况在桩靴主体1的上部或/和下部表面安装钻头。
[0019] 所述钻头为喷射式牙轮钻头，在钻头外表面布置有出水孔；通过调整钻头位置及数量以适用于不同桩靴结构形式，钻头分别沿桩靴主体1周向均匀或不均匀分布设置；钻头布置于桩靴主体1表面，与桩靴主体1之间使用格莱圈进行双层密封。
[0020] 所述桩靴主体1与桩腿2内部布置输电线3、给水管，自平台主体向钻头输送电压及高压水，带动钻头工作以降低插拔桩阻力；可根据不同海底地基情况调整钻头种类、型号及电压、水压、电动机功率。
[0021] 所述桩靴主体1为截面积远大于桩腿2的箱形体，平面形状可为圆形、矩形、多边形或者锥形等。以正八边形桩靴为例，可针对不同海底地形调整钻头布置情况，即选择仅在桩靴主体1上部或/和下部安装钻头，下述说明以在桩靴主体1上部和下部均安装钻头的情况为例：桩靴主体1内部水平设置支撑板13，支撑板13与桩靴主体1平面形状相同；桩靴主体1内部周向均匀布置八套钻头助力装置6，钻头助力装置6固定于支撑板13上；每套钻头助力装置6由轴线位于同一竖向平面内的下述构件组成，包括：电动机7、前联轴器8A、后联轴器8B、横向传动轴9、转向箱10、上部纵向传动轴11A、上部钻头12A，下部纵向传动轴11B，下部钻头12B；电动机7与转向箱10均通过螺栓固定在支撑板13上；电动机7通过前联轴器8A、后联轴器8B、横向传动轴9向转向箱10传递扭矩；上部纵向传动轴11A、下部纵向传动轴11B与上部钻头12A、下部钻头12B通过上部花键16A、下部花键16B连接固定，保证钻头旋转稳定性；转向箱10通过上部纵向传动轴11A、下部纵向传动轴11B向上部钻头12A、下部钻头12B传递扭矩。
[0022] 所述电动机7为防水电动机，所述转向箱10为防水转向箱。
[0023] 本发明的钻头助力自升式平台桩靴在插桩时执行以下步骤：
[0024] 插桩时，桩腿2下放至指定深度，桩靴主体1接触海底地面，桩靴主体1与桩腿2继续向下插入海底地基土；此时，由输电线3自平台主体向电动机7输送电压，电动机7开始转动，通过传动轴及转向箱10向下部钻头12B传递扭矩，带动下部钻头12B转动；同时，高压水自平台主体经由上给水管4输送至下部钻头12B喷出，并通过下部钻头12B转动实现旋转喷冲。通过下部钻头12B转动及高压水旋转喷冲，疏松桩靴下部泥沙，减小插桩阻力。
[0025] 本发明的钻头助力自升式平台桩靴在拔桩时执行以下步骤：
[0026] 拔桩时，桩腿2给桩靴主体1提供主要提升力；受固结在桩靴主体1上部泥沙阻力及海底地基淤泥的接触摩擦力影响，拔桩难度增大。此时，接通电源，由输电线3向电动机7供电，电动机7开始转动，通过传动轴及转向箱10向上部钻头12A、下部钻头12B传递扭矩，带动钻头转动；同时，高压水自平台主体经由给水管输送至钻头处喷出，并通过钻头转动实现旋转喷冲。通过上部钻头12A转动及高压水旋转喷冲，可以疏松覆盖固结在桩靴上表面的泥沙，减小上部泥沙阻力，降低拔桩难度；通过下部钻头12B的转动及高压水旋转喷冲，可以减小与海底地基淤泥的接触摩擦以达到顺利拔桩的目的。
