Всасывающаяся свая, пригодная для небольших глубин

ВСАСЫВАЮЩАЯСЯ СВАЯ, ПРИГОДНАЯ ДЛЯ НЕБОЛЬШИХ ГЛУБИН Изобретение относится к всасывающейся свае (10), содержащей цилиндрическую стенку (12) и поршень (14), который выполнен с возможностью перемещения внутри указанной цилиндрической стенки (12), указанная цилиндрическая стенка имеет один всасывающийся конец (24), выполненный с возможностью погружения в морское дно (50), указанный поршень разделяет две камеры, причем одна может наполняться водой, указанная всасывающая свая (10) включает в себя откачивающее средство (56) для удаления воды из указанной одной из указанных камер (20) и обеспечения погружения указанного всасывающегося конца (24); согласно изобретению она содержит средства (28, 30, 32, 38, 40) блокирования указанного поршня (14), причем указанная цилиндрическая стенка (12) имеет один конец (26) для поступления воды для обеспечения поступления воды в другую камеру (22); и указанный поршень попеременно блокируется и приводится в движение по мере погружения всасывающегося конца. 014442 Настоящее изобретение относится к всасывающейся свае, предназначенной для погружения в морское дно, в частности в морское дно на небольшой глубине. Всасывающаяся свая позволяет закреплять установки или конструкции на морском дне для удержания их в закрепленном положении. Эти известные всасывающиеся сваи содержат цилиндрическую стенку, а внутри у них имеется перегородка, которая разделяет цилиндрическую стенку на две камеры, которые герметично отделены друг от друга. Кроме того, цилиндрическая стенка имеет открытый всасывающийся конец, подходящий для его прижатия к морскому дну так, чтобы перекрыть одну из указанных камер. Затем эта камера наполняется водой, и средство откачки выполняется с возможностью удаления воды из указанной камеры для создания в ней отрицательного давления, что приводит к погружению цилиндрической стенки в морское дно. Следовательно, в результате постепенного откачивания цилиндрическая стенка погружается в морское дно, и всасывающаяся свая закрепляется в нем. Можно сослаться на документ US 6488446, в котором описаны всасывающиеся сваи вышеуказанного типа, где указанная перегородка, разделяющая цилиндрическую стенку на две камеры, может перемещаться с целью увеличения объема другой камеры, которая полностью герметична и которая позволяет заметно повысить плавучесть всасывающейся сваи. Эти технические признаки предназначены для обеспечения более легкой транспортировки указанных всасывающихся свай. Кроме того, погружение цилиндрической стенки в морское дно является более легким, если указанное морское дно находится на большой глубине. А именно, гидростатическое давление, которое возрастает с глубиной, способствует приложению сил к всасывающейся свае, и эти силы помогают ее погружению. Однако на небольших глубинах, например на глубинах менее 50 м, силы, приложенные к верхнему концу всасывающейся сваи, которая имеет в длину, например, 15 м, относительно слабы, поскольку они связаны с гидростатическим давлением, которое становится заметным при глубине 35 м. Поэтому задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в том, как облегчить проникновение всасывающихся свай в морское дно на небольшой глубине. Для решения этой задачи настоящее изобретение предлагает всасывающуюся сваю, предназначенную для погружения в морское дно, причем указанное морское дно покрыто водой, вода создает гидростатическое давление на морское дно вблизи указанного морского дна, указанная всасывающаяся свая содержит цилиндрическую стенку и поршень, который может перемещаться внутри указанной цилиндрической стенки, указанная цилиндрическая стенка имеет открытый всасывающийся конец, выполненный с возможностью погружения в указанное морское дно, указанный поршень разделяет герметичным образом две противоположные камеры, одна из указанных камер, которая расположена между указанным всасывающимся концом и указанным поршнем, выполнена с возможностью наполняться водой, когда указанный всасывающийся конец помещен на морское дно, указанная всасывающаяся свая содержит также средство откачки для удаления воды, содержащейся в одной из указанных камер и вызывающее погружение указанного открытого всасывающегося конца в указанное морское дно; согласно изобретению указанная всасывающаяся свая содержит средство для блокировки указанного поршня относительно указанной цилиндрической стенки, причем указанная цилиндрическая стенка имеет конец для впуска воды, противоположный указанному всасывающемуся концу относительно указанного поршня, для обеспечения поступления воды под гидростатическим давлением в другую камеру; указанный поршень постепенно попеременно блокируется и приводится в движение в направлении от указанного всасывающегося конца к указанному концу для впуска воды по мере того, как погружается указанный открытый всасывающийся конец, так что указанный поршень подвергается воздействию гидростатического давления на морское дно и приводит к погружению указанного всасывающегося конца в морское дно. Таким образом, один признак изобретения заключается в доведении другой камеры, противоположной всасывающейся камере, до гидростатического давления, а также в способе взаимодействия поршня и цилиндрической стенки, которые постепенно время от времени блокируются относительно друг друга по мере того, как цилиндрическая стенка погружается в морское дно. Таким образом, поршень первоначально перемещается в направлении открытого всасывающегося конца и затем блокируется на некотором расстоянии от него, чтобы позволить всасывающейся камере наполниться водой. Следовательно, цилиндрическая стенка идет вертикально от морского дна, и поршень, расположенный вблизи морского дна, тогда подвергается гидростатическому давлению, действующему на морское дно, поскольку конец для впуска воды позволил наполниться цилиндрической стенке. Таким образом, поршень,который блокирован относительно цилиндрической стенки, передает ей силы, которые действуют на него благодаря гидростатическому давлению и которые приложены вертикально к морскому дну. Следовательно, совместные силы всасывания воды во всасывающейся камере и вышеуказанных сил, действующих на цилиндрическую стенку, обеспечивают более быстрое погружение всасывающейся свае. Понятно, что постепенно по мере того, как погружается в морское дно цилиндрическая стенка и высасывается вода из всасывающейся камеры, осадочные породы указанного морского дна поднимаются во всасывающуюся камеру и затем приближаются к поршню. Тогда первоначально блокированный поршень освобождается и перемещается в направлении конца для впуска воды на некоторое расстояние, обеспечивая при этом впуск воды во всасывающуюся камеру, чтобы затем вновь блокироваться вблизи морского дна. Затем вода во всасывающейся камере вновь удаляется для дальнейшего перемещения цилиндри-1 014442 ческой стенки в морское дно, при этом поршень по-прежнему подвергается действию гидростатического давления, действующего на морское дно, и силы, которые действуют на него, передаются цилиндрической стенке. Поршень может последовательно подниматься до тех пор, пока цилиндрическая стенка полностью не погрузится. Предпочтительно, чтобы указанный конец для впуска воды имел отверстие, по существу, соответствующее поперечному сечению указанной цилиндрической стенки так, чтобы другая камера, которая находится над всасывающейся камерой, изначально была наполнена водой и, следовательно, поршень находился под гидростатическим давлением. Кроме того, указанное средство блокировки предпочтительно содержит трос, например, в форме цепи, соединенный с указанным поршнем и средством для удержания указанного троса, чтобы удерживать указанный трос в направлении, ориентированном от указанного конца для впуска воды к указанному всасывающемуся концу. Поэтому указанный трос, который проходит над указанным поршнем к концу для впуска воды, способен входить в зацепление со средством удержания, которое, в свою очередь,прикреплено к цилиндрической стенке, так что силы, которые приложены к поршню, могут передаваться указанной цилиндрической стенке через указанный трос и средство удержания. Кроме того, указанный конец для впуска воды имеет проход для пропуска указанного троса, чтобы указанный трос мог выступать из указанной цилиндрической стенки. Тем самым перемещение поршня к концу для впуска воды может быть осуществлено посредством перемещения указанного троса в направлении от морского дна, например, при помощи лебедки, установленной на судне, находящемся на поверхности. Предпочтительно, чтобы указанное средство для удержания указанного троса было установлено на указанной цилиндрической стенке у указанного конца для впуска воды, так чтобы поршень мог перемещаться от всасывающегося конца к концу для впуска воды по всей длине цилиндрической трубы. Тем самым вся цилиндрическая труба может быть всосана в морское дно при помощи поршня, к которому приложено гидростатическое давление, действующее на морское дно. Кроме того, указанное средство для удержания указанного троса содержит управляемое средство фиксации, которое позволяет попеременно освобождать и вновь фиксировать указанный трос по мере того, как поршень поднимается к концу для впуска воды. Предпочтительно, чтобы указанное средство откачки было выполнено с возможностью удаления воды из указанной одной из указанных камер через указанный поршень для вдавливания его в указанную другую камеру и создания отрицательного давления в указанной одной из указанных камер. Для этого это средство откачки устанавливается, например, на поршень. Кроме того, когда поршень поднят к концу для впуска воды, средство откачки отключается и обеспечивает впуск воды во всасывающуюся камеру. Кроме того, указанный поршень предпочтительно снабжен кольцевым уплотнителем для обеспечения уплотнения между указанными двумя противоположными камерами. Другие признаки и преимущества изобретения станут понятны по прочтении нижеприведенного описания частного варианта осуществления изобретения, приведенного в качестве иллюстрации, но не ограничения, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых фиг. 1 - схематический вид в перспективе всасывающейся сваи согласно изобретению; фиг. 2 - схематический вид в вертикальном разрезе всасывающейся сваи, изображенной на фиг. 1, в первой фазе применения; фиг. 3 - схематический вид в вертикальном разрезе всасывающейся сваи, изображенной на фиг. 1, в конце первой фазы применения, изображенной на фиг. 2; фиг. 4 - схематический вид в вертикальном разрезе всасывающейся сваи, изображенной на фиг. 1,во второй фазе применения и фиг. 5 - схематический вид в вертикальном разрезе всасывающейся сваи, изображенной на фиг 1, в конце указанной второй фазы применения. На фиг. 1 приведена всасывающаяся свая 10 согласно изобретению, которая предназначена для всасывания в морское дно. Всасывающаяся свая 10 содержит цилиндрическую стенку 12, которая идет в продольном направлении вдоль оси симметрии A и в которой установлен поршень 14, который может перемещаться вдоль указанной оси симметрии А. Цилиндрическая стенка 12 имеет, например, длину от 18 до 25 м и диаметр от 7 до 12 м. Поршень 14 разделяет герметичным образом, благодаря уплотнителю 16, который расположен вокруг него и который прижимается к внутренней поверхности 18 цилиндрической стенки 12, две камеры, герметично отделенные друг от друга, нижнюю всасывающуюся камеру 20 и верхнюю противоположную камеру 22. Уплотнитель 16 представляет собой, например, расширяющийся уплотнитель, степень расширения которого регулируется посредством находящейся под давлением текучей среды, например находящейся под давлением нефти. Кроме того, цилиндрическая стенка 12 имеет нижний всасывающийся конец 14, который является открытым, и верхний конец 26 для впуска воды, который также является открытым. Верхний конец 26 для впуска воды имеет в этом случае два перекрещивающихся конструкционных элемента 28, 30, которые соответственно пересекают диаметр цилиндрической стенки 12 и которые позволяют, в случае необходимости, подвесить цилиндрическую стенку. Однако может возникнуть необходимость в применении-2 014442 более двух конструктивных элементов для точного удержания цилиндрической стенки 12. Кроме того,поршень удерживается тросом 32, образованным из цепи, которая проходит от кольца 34 для соединения с поршнем 14, по существу, на оси симметрии А с тем, чтобы выйти из цилиндрической стенки 12 через проход 36, проделанный на пересечении конструктивных элементов 28, 30. Кроме того, средства удержания, образованные четырьмя штангами 38, 40, 42, 44, установленными попарно напротив друг друга с возможностью поворота на два конструктивных элемента 28, 30 и пригодными для зажима цепи 32 в точке, расположенной на оси симметрии А, позволяют блокировать его перемещение в направлении нижнего всасывающегося конца 24. Таким образом, поршень удерживается в подвешенном состоянии внутри цилиндрической стенки 12. Кроме того, когда цепь 32 выводится из цилиндрической стенки 12 в направлении от нижнего всасывающегося конца 24 и над верхним концом 26 для впуска воды, четыре штанги 38, 40, 42, 44 выполнены с возможностью освобождения указанной цепи 32 для обеспечения подъема поршня 14 к верхнему концу 26 для впуска воды. Предпочтительно, чтобы штангами 38, 40, 42,44 можно было управлять при помощи соответствующих средств, не показанных на чертежах, или посредством подводного робота. Кроме того, в поршне 14 имеется высверленное отверстие 46, которое обеспечивает сообщение нижней, всасывающейся камеры 20 с противоположной верхней камерой 22, причем это высверленное отверстие 46 образует канал и поверх него расположено откачивающее средство, не показанное на фиг. 1. Далее будет описан способ применения вышеописанной всасывающейся сваи 10 со ссылкой на фиг. 2-5. Помимо всасывающейся сваи 10 на фиг. 2 схематически изображено морское дно 50 и на противоположном конце поверхность 52, соответствующая определенной глубине воды 54, в которую погружена всасывающаяся свая 10. Таким образом, всасывающаяся свая 10 установлена вертикально на морском дне 50 своим нижним всасывающимся концом 24, который находится в непосредственном контакте с осадочными породами морского дна 50. Затем поршень 14 устанавливается на первую высоту h1, которая отделяет его от морского дна, при помощи цепи 32, которая блокируется посредством удерживающих средств 38, 40, 42, 44, из которых на чертеже изображены только штанги 38 и 40. Эта первая высотаh1 соответствует глубине воды Н под поверхностью 52, причем на этой глубине воды Н гидростатическое давление является достаточным. Кроме того, верхний конец 26 для впуска воды позволяет воде наполнять противоположную верхнюю камеру 22, так что поршень подвергается воздействию гидростатического давления, которое является наибольшим вблизи морского дна и которое соответствует указанной глубине воды Н. Понятно, что это гидростатическое давление уменьшается с увеличением расстояния от морского дна 50 в направлении поверхности 52. Поэтому гидростатическое давление, которое является наибольшим вблизи морского дна 50, создает силу Е, действующую на поршень 14, которая приложена в одном направлении, ориентированном от поверхности 52 к морскому дну 50, и которая передается цилиндрической стенке 52 через цепь 32, удерживающие средства 38, 40, 42, 44 и конструкционные элементы 28, 30. Согласно другому способу применения изобретения, не показанному на чертеже, средства для блокировки поршня 14 образованы фиксаторами, установленными подвижным образом на поршне и входящими в зацепление с отверстиями, проделанными во внутренней поверхности цилиндрической стенки. Тем самым указанные подвижные фиксаторы можно использовать для блокировки перемещения поршня 14 относительно цилиндрической стенки 12. Кроме того, высверленное отверстие, образующее канал 46, в этом случае снабжено откачивающим средством 56, что позволяет откачивать воду, содержащуюся в нижней всасывающейся камере 20, чтобы вывести ее в верхнюю камеру и создать отрицательное давление во всасывающейся камере 20, в результате чего нижний всасывающийся конец 24 погружается в морское дно 50. Со своей стороны это погружение значительно ускоряется благодаря силам Е, которые приложены к поршню и, следовательно, к цилиндрической стенке 12, вдоль оси симметрии A и в направлении к морскому дну 50. Когда цилиндрическая стенка 12 погрузится в морское дно 50 до глубины, соответствующей, по существу, начальной высоте h1, осадочные породы, по существу, заполнят нижнюю всасывающуюся камеру 20 и в конечном счете соприкоснутся с нижней стенкой поршня 14. Понятно, что силы Е, приложенные к поршню посредством гидростатического давления морского дна 50, упадут до нуля, когда нижняя всасывающаяся камера 20 полностью заполнена осадочными породами. Поэтому, как показано на фиг. 4, удерживающие средства 38, 40, 42, 44 высвобождаются. Затем, после отключения расширяющегося уплотнения 16 цепь 32 подтягивается к поверхности с тем, чтобы поднять поршень 14 внутри цилиндрической стенки 12 на высоту h2, по существу, соответствующую вышеупомянутой глубине воды Н; цилиндрическая стенка 12 остается в закрепленном положении, поскольку она частично сцеплена с морским дном 50. В процессе подъема поршня 14 высверленное отверстие 46, образующее канал 14, освобождается для пропуска воды во всасывающуюся камеру 20. Затем, когда высота поршня 14 станет, по существу, равной двойной величине h1, удерживающие средства 38, 40, 42, 44 вновь фиксируются для блокировки перемещения цепи 32, как показано на фиг. 5. Тогда поршень 14 вновь блокируется в отношении перемещения в направлении морского дна 50 относительно цилиндрического корпуса 12. И можно будет начать операцию по откачиванию воды, содержащейся в нижней всасывающейся камере, посредством откачивающего средства 56 для получения вышеупомянутого результата и для дальнейшего-3 014442 погружения нижнего всасывающегося конца 24 в морское дно. При этом опять действующие на поршень силы, связанные с гидростатическим давлением, которое является наибольшим вблизи морского дна 50,силы, которые в значительной степени поглощаются цепью 32 и передаются цилиндрической стенке 12,облегчают погружение. Поэтому когда нижняя всасывающаяся камера 20 вновь наполняется осадочными породами и нижний всасывающийся конец 24 погружается дальше в морское дно 50, поршень 14 можно вновь поднять выше для выполнения еще одной операции по всасыванию. Это можно продолжать до тех пор, пока цилиндрическая стенка 12 не погрузится полностью в морское дно 50. При этом поршень 14 окажется вблизи верхнего конца 26 для впуска воды. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Всасывающаяся свая (10), предназначенная для погружения в морское дно (50), причем указанное морское дно покрыто водой (54), при этом вода создает гидростатическое давление вблизи указанного морского дна (50), причем указанная всасывающаяся свая (10) содержит цилиндрическую стенку (12) и поршень (14), который может перемещаться внутри указанной цилиндрической стенки (12), причем указанная цилиндрическая стенка имеет открытый всасывающийся конец (24), пригодный для погружения в указанное морское дно (50), причем указанный поршень (14) разграничивает герметичным образом две противоположные камеры, причем одна из указанных камер (20), которая продолжается между указанным всасывающимся концом (24) и указанным поршнем (14), способна наполняться водой, когда всасывающийся конец (24) помещен смежно морскому дну (50), причем указанная всасывающаяся свая (10) содержит также откачивающее средство (56) для удаления воды, содержащейся в одной из указанных камер (20), и обеспечения погружения указанного всасывающегося конца (24) в морское дно; отличающаяся тем, что она содержит средства (28, 30, 32, 38, 40, 42, 44) для блокирования указанного поршня(14) относительно указанной цилиндрической стенки (12), причем указанная цилиндрическая стенка (12) имеет конец (26) для впуска воды, противоположный указанному всасывающемуся концу (24) относительно указанного поршня (14), для обеспечения поступления воды под гидростатическим давлением в другую камеру (22); и тем, что указанный поршень (14) попеременно блокируется и приводится в движение от указанного всасывающегося конца (24) к указанному концу (26) для впуска воды по мере погружения указанного всасывающегося конца (24), так чтобы указанный поршень (14) подвергался гидростатическому давлению морского дна и вызывал погружение указанного всасывающегося конца (24) в указанное морское дно (50). 2. Всасывающаяся свая по п.1, отличающаяся тем, что указанный конец (26) для впуска воды имеет отверстие, по существу, соответствующее поперечному сечению указанной цилиндрической стенки (12). 3. Всасывающаяся свая по п.1 или 2, отличающаяся тем, что указанные средства блокирования содержат трос (32), соединенный с указанным поршнем, и средства (38, 40, 42, 44) для удержания указанного троса (32) для удержания этого троса в направлении, ориентированном от указанного конца (26) для впуска воды к указанному всасывающемуся концу (24). 4. Всасывающаяся свая по п.3, отличающаяся тем, что указанный конец (26) для впуска воды имеет проход для пропуска указанного троса (32) для того, чтобы указанный трос мог продолжаться из указанной цилиндрической стенки (12). 5. Всасывающаяся свая по п.3 или 4, отличающаяся тем, что указанные средства (38, 40, 42, 44) для удержания указанного троса (32) установлены на указанной цилиндрической стенке (12) у указанного конца (26) для впуска воды. 6. Всасывающаяся свая по любому из пп.3-5, отличающаяся тем, что указанные средства (38, 40, 42,44) для удержания указанного троса (32) содержат управляемые средства фиксации. 7. Всасывающаяся свая по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что указанные откачивающие средства (56) выполнены с возможностью удаления воды из указанной одной из указанных камер (20) через указанный поршень (14) для подачи ее в указанную другую камеру (22) и создания отрицательного давления в одной из указанных камер (20). 8. Всасывающаяся свая по одному из пп.1-7, отличающаяся тем, что указанный поршень снабжен кольцевым уплотнителем (16) для обеспечения герметичного уплотнения между указанными двумя противоположными камерами (20, 22).