[发明专利]筒锤随行循环水冷却系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于桩基工程的筒式柴油打桩锤，尤其涉及筒式柴油打桩锤下气缸的冷却系统。

背景技术

筒式柴油打桩锤是利用燃油能量向上推动上活塞往复运动产生冲击，进行锤击打桩的，它以其冲击力大，工作效率高、可靠性强，操作维修方便等优点而广泛应用于海洋工程、跨海大桥、石油钻井平台及海上风电场等基础施工中。

筒式柴油打桩锤在锤击打桩过程中，燃油燃烧爆炸所产生的大量热量，需要通过打桩锤的下气缸体表面向外散发，否则下气缸热量不能及时散去，必然使锤体温度急剧升高而导致严重危害。首先下汽缸温度过高，会导致打桩锤的提前点火，上活塞与下活塞不能相撞，燃油爆炸能量也不能有效期地转换为对桩的冲击作用，使打桩效率大幅度下降，甚至造成无法正常工作。同时下气缸温度过高，不仅会造成气缸内壁与活塞间的摩擦状态变差，而且缸体材料强度降低，塑性增大，磨损加剧，爆炸所产生的高温高压气体作用于气缸、活塞壁上，导致气缸、活塞的气蚀，加剧其腐蚀性损坏，严重时会造成气缸、活塞的局部熔化和拉伤，甚至形成咬缸，严重影响打桩锤的使用寿命。

随着海洋工程、海上风电、深水港码头、跨海大桥等大型工程项目的开工建设，桩体直径、深度及其承载能力均向着大型化方向发展。打桩锤的规格吨位和打击力也相应地有着极大的提高，而且每根桩连续锤击次数也必然增多。其在打桩过程中会产生巨大的热量，仅依靠下气缸体上的散热片与空气进行对流换热，显然是不能满足打桩锤的散热效果的；因此人们开始尝试采用钢制的焊接水箱结构，但这种结构的水套壳体、吸排气口等处连接焊缝在连续高温和冲击振动的作用下，焊缝很快就会因高温和振动疲劳而开裂，使冷却水泄漏而丧失水冷效果，同时开裂焊缝还会使水液沿吸排气口、注油口等处焊缝流入下气缸体内。

为此，本申请人申请了“带有凸筋水腔的整体式下气缸及其筒式柴油打桩锤”（专利申请号201410416982.2），它实现了水腔外壳与缸体的无焊缝连接，有效解决了冷却水腔泄漏和脱焊问题，并增强了下气缸体的刚度和强度，但这种水腔仍不能改变水腔容量和散热效率，在大吨位且在近万次的连续工作状况下，水腔中的冷却水会被加热沸腾而很快蒸发而无法及时补充冷却水，冷却水蒸发后的水腔反而会阻碍下气缸的散热。因此，大型筒式柴油打桩在工作过程中的快速冷却已成为困扰业界的一道难题。

发明内容

针对现有技术所存在的足，本发明所要解决的技术问题是提供一种散热迅速可靠，能有效控制气缸温升的筒锤随行循环水冷却系统。

为了解决上述问题，本发明的筒锤随行循环水冷却系统，包括下气缸体以及固定连接于下气缸体上的水腔外壁，下气缸体和水腔外壁之间形成冷却水腔，冷却水腔的出水口和进水口之间通过冷却水管串联有冷却水箱和循环泵组，该循环泵组与控制器电连接；所述冷却水腔的出水口连通有压力传感器和温度传感器，该压力传感器和温度传感器分别与控制器电连接。

在上述结构中，由于冷却水腔的出水口和进水之间通过冷却水管串联有冷却水箱和循环泵组，该结构通过循环泵组将下气缸缸体表面热量随冷却水不断地从冷却水腔泵入冷却水箱，经冷却的冷却水再被重新送至冷却水腔吸收下气缸缸体热量，打桩锤工作时冷却水腔中的冷却水总是不断循环地将燃烧爆炸产生的热量泵至冷却水箱进行冷却，一方面这种循环冷却水能迅速及时地带走气缸体的大量热量，提高了气缸体的换热效率，另一方面由于蒸发散热集中发生于位于地面的冷却水箱中，并可随时向冷却水箱补充冷却水，使得处于桩顶且打击位置不断变化的下气缸体上的冷却水腔中总是充满冷却水，而不形成脱水干烧，因此这种循环冷却结构不仅能可靠地控制打桩锤气缸的温升，保证打桩锤的正常点火和稳定工作，而且能保证打桩锤在各种施工环境中长期连续工作。还由于循环泵组与控制器电连接，控制器又与压力传感器和温度传感器电连接，这样整个冷却系统可以根据筒锤的实际打击高度和实际缸体温度，来适时地调节和控制冷却系统中循环冷却水扬程高度和循环流量，当筒锤位于桩顶高度较高时，其冷却系统中水泵的泵出压力较大，随着筒锤标高的下降水泵泵出压力也随之下降；当筒锤打击力加大和打击时间延长时，冷却系统中水泵的泵出水流量随之增加，以增强冷却系统的散热速度，因此在该冷却系统中能够智能地根据筒锤高度和气缸温升来调节气缸缸体温度，确保筒锤持续高效工作，并且有效地降低打桩锤的故障率，延长其使用寿命。