[发明专利]海洋平台辅助沉桩水射流喷头

说明书

技术领域

本发明涉及海洋平台桩基建设中辅助动力法沉桩的高压水射流设备技术领域，尤其涉及一种辅助沉桩破土的水射流喷头。

背景技术

水射流辅助沉桩是在动力法沉桩过程中利用水射流对桩内形成的土塞进行破除，从而降低沉桩阻力，提高沉桩效率的一种新型沉桩技术。在水射流辅助沉桩系统中，水射流喷头是射流的发生元件，也是系统中的关键，它的功能不仅将高压泵提供的静压转换为水的动压，还决定了水射流的流动特性与动力性能。

目前，高压水射流技术已广泛应用于切割、清洗、破碎、去垢、除锈和表面处理等工业领域，根据其应用领域的不同形成水射流的喷头结构也有所区别，主要分为三种：(1)强制旋转和自旋转式喷头；(2)内旋转式喷头；(3)多喷嘴固定式喷头。对于海洋平台桩基施工来说，由于桩体直径大、桩身长，要求水射流喷头具有较大的冲击面积，并能实现随桩破土，而现有结构的喷头都不能满足上述要求。因此，有必要设计一种专门用于海洋平台水射流辅助沉桩的水射流喷头。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述问题提供一种具有较大的冲击面积、能实现随桩破土的适用于海洋平台辅助沉桩的水射流喷头。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：海洋平台辅助沉桩水射流喷头，包括：筒体，所述筒体具有中空的筒体内腔，所述筒体的上端设有连接所述筒体内腔的进水口，所述筒体的下端设有连接所述筒体内腔的出水口；设置于所述筒体内腔中的芯管，所述芯管具有中空的芯管内腔，所述芯管的顶部设有可选择地封堵所述进水口的封堵件，所述芯管上位于所述封堵件的下方设有与芯管的轴线方向垂直的环形挡板，所述环形挡板上设置有多个过水孔，位于所述环形挡板下方的芯管的管壁上设置有多个沿芯管的轴线方向延伸的过水流道，所述芯管上位于所述过水流道的下方安装有导向叶轮，所述导向叶轮上设置有螺旋状的导向叶片，所述导向叶轮的下方设有安装在所述芯管底端的加旋喷嘴，所述加旋喷嘴的内壁上设置有加旋流道；所述加旋喷嘴与所述筒体的出水口位置相对应，所述加旋喷嘴的外壁与所述筒体的出水口的内壁之间形成外环喷嘴。

作为优选，所述筒体包括主筒体，所述主筒体的一端螺纹连接有上接头，所述上接头的下端面顶靠于所述环形挡板的上表面，所述主筒体的另一端螺纹连接有下接头。

作为进一步优选，所述上接头具有中空的上接头内腔，所述上接头内腔包括自上而下依次相连的第一圆柱段、锥形段和第二圆柱段，所述第一圆柱段为所述筒体的进水口。

作为进一步优选，所述封堵件包括逆止阀，所述逆止阀的上端具有与所述上接头内腔的锥形段相适配的锥台部，所述逆止阀的下端自所述芯管的顶部插入所述芯管内腔，所述锥台部的底面与所述环形挡板之间顶靠有套设在所述芯管上的弹簧。

作为进一步优选，所述下接头具有中空的下接头内腔，所述下接头内腔具有自上而下逐渐收缩的下接头内腔收缩段。

作为进一步优选，所述芯管的底端设有内螺纹，所述加旋喷嘴的上端设有外螺纹，所述芯管的底端与所述加旋喷嘴螺纹连接。

作为进一步优选，所述加旋喷嘴的内腔具有自上而下逐渐收缩的喷嘴内腔收缩段，所述喷嘴内腔收缩段位于所述加旋流道的下方。

作为进一步优选，所述导向叶轮的安装内孔上设置有内花键，所述芯管的相应部位上设置有外花键，所述导向叶轮与所述芯管之间花键连接。

作为进一步优选，所述主筒体的外壁上设有多个沿其周向设置的耳形拉环，所述上接头的外壁上通过销轴铰接有提环。

作为进一步优选，所述上接头的对应于所述上接头内腔第一圆柱段的外壁上设置有用于与外部水管安装的安装部，所述安装部包括凸出于所述外壁的环形凸台，以及设置在所述环形凸台上方管壁上的外螺纹。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明的海洋平台辅助沉桩水射流喷头在沉桩作业时，高压水自筒体上端的进水口推开封堵件进入筒体内腔，穿过环形挡板上的过水孔后下行，其中一部分高压水经芯管管壁上设置的多个过水流道进入芯管内腔，下行至加旋喷嘴时，在加旋流道的导向作用下产生旋流，并从加旋喷嘴喷出形成旋转射流；筒体内腔中的另一部分高压水下行至导向叶轮时，经螺旋状的导向叶片加旋后，最终自外环喷嘴呈环状喷射而出，形成外环射流；外环射流与旋转射流共同作用形成组合射流，作用于桩内土体，在土体表面形成大面积的水射流冲蚀区，对土体进行冲蚀，并随沉桩一起，不断消除桩内产生的土塞，从而降低动力沉桩的阻力，顺利实现辅助沉桩。

其中的筒体采用由主筒体、上接头和下接头组成的组合式结构，使本发明的海洋平台辅助沉桩水射流喷头结构简单、易制造、成本低。