海床静力触探系统用下放与回收装置的制作方法

本发明属于海洋地质勘探领域，涉及一种海床静力触探系统用下放与回收装置。

背景技术：

1、海床静力触探是将海床静力触探(cpt)系统从母船甲板面下放入海底，将整套系统

2、设备稳定支撑于试验海床面上，将探头通过探杆或套管从海床面连续贯入到土壤中。作业完成后，将海床静力触探系统从水中回收至母船甲板面上。现有技术海床静力触探(cpt)系统下入海底时，依托柔性的脐带缆提吊海床静力触探设备。由于海洋地质勘探常常工作在深海区域，海面上经常保持动荡状态，在工作环境这一点与陆地勘探有很大区别。海洋中存在海风、海浪、海流，当回收下放海床静力触探系统时，受到海浪、海流、海风等作用，导致提吊脐带缆张力发生剧烈变化。为了顺利完成探测任务和提高探测效率，海床静力触探系统下放与回收设备装置具有恒张力功能。传统装置恒张力控制是通过编码器检测出卷筒的转速，并通过所设定的卷轴直径初始值和缆绳材料性能参数，累积计算求得回收或下收卷筒的当前直径，根据当前卷径的变化输出相应的控制信号，控制收卷缆矩或放缆转矩，以实现海床静力触探(cpt)恒张力回收与下收。由于卷筒每排完一层或放出一层，卷径会发生变化以及缆绳损耗等因素的影响，这种张力控制精度较差。当遇到恶劣的海况时，提吊的海床静力触探设备相对于母船出现剧烈运动，极易发生碰撞危险，极端情况下脐带缆有破断的可能，导致海床静力触探设备损坏或丢失。

3、现场海洋地质勘探作业时，由于需要不同类型的工作电压和数据传输信号给海床静力触探系统。提吊海床静力触探设备的脐带缆直径随之发生变化，不同直径的脐带缆最小弯曲半径的要求是不同的。传统的下放与回放装置绕缆滚筒直径是固定的，不能满足现场作业对不同缆径的需求。

4、通过对各大海洋地质勘探现场调研分析，由于排缆器结构尺寸有限，海床静力触探(cpt)系统用下放与回收过程中，缆绳的长度检测和张力检测设备安放在作业井架的顶端天车位置处，导致缆绳长度检测与张力检测设备与下放与回收装置距离过大，现场布线及信号传输不友好。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种海床静力触探系统用下放与回收装置，解决了现有技术中存在的传统下放与回收装置张力控制精度较差，不能适应现场作业不同缆绳最小弯曲半径的作业需求等问题。提高了海床静力触探作业的安全性和效率。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、海床静力触探系统用下放与回收装置，包括主体框架，主体框架内固定有滚筒架，有滚筒架上固定有变径绕缆滚筒和双向丝杠，的主轴上固定有交流变频电机，交流变频电机上固定张力检测装置，双向丝杠的一端固定有排缆电机，双向丝杠上设置有排缆器，排缆器通过旋转轴承与导向筒连接，导向筒套在双向丝杠上并与双向丝杠通过螺纹接触；

4、张力检测装置包括张力传感器，张力传感器、交流变频电机和排缆电机均与控制器连接，控制器固定在主体框架内。

5、本发明的特点还在于：

6、排缆器包括一对重合的扇形板，一对扇形板之间固定有摩擦轮和阻力筒，一对扇形板通过排缆器连接板相互固定，排缆器连接板通过旋转轴承与导向筒连接；导向筒包括外筒体双向丝杠通过通孔穿入导向筒内，外筒体的底端固定有导向筒底座，旋转轴承与导向筒底座固定，外筒体顶端固定有压盖，压盖通过压紧弹簧与压盖固定，压盖通过导向轴承与导块连接，导块的一端与导向轴承固定，导块的一端设置为弧面螺纹与双向丝杠接触配合。

7、外筒体内还固定有螺纹铜套，双向丝杠的一面与导块接触，双向丝杠的另一面与螺纹铜套接触配合。

8、扇形板上还固定有锁紧杆，锁紧杆的一端通过锁紧杆固定块固定在扇形板上，锁紧杆另一端固定有棘轮锁紧块，棘轮锁紧块与锁紧齿轮啮合锁紧。张力检测装置包括减速机，减速机与交流变频电机通过支撑轴相互固定，支撑轴固定在减速机底座的一侧，减速机底座的另一侧固定有支撑杆，支撑杆的一端固定在减速机上，支撑杆的另一端与传力杆的一端铰接，传力杆的另一端与张力传感器固定座接触，张力传感器固定座上固定有张力传感器，张力传感器固定座固定在主体框架内。

9、控制器固定在控制箱内，控制器通过变频器分别与交流变频电机和排缆电机连接。

10、变径绕缆滚筒包括多个变径齿轮盘机构通过驱动轴同轴固定，变径齿轮盘机构包括沿齿轮固定盘径向伸出的多个u型杆，变径齿轮盘机构能够控制u型杆沿径向进行伸缩，u型杆的两端固定在齿轮固定盘内，u型杆的u型端伸出齿轮固定盘，u型杆上固定有滚筒杆，滚筒杆沿驱动轴方向固定在不同变径齿轮盘机构伸出的u型杆上，滚筒杆与u型杆通过紧固螺栓固定。

11、变径齿轮盘机构还包括相互啮合的辅助齿轮和变径齿轮均固定在齿轮固定盘上，辅助齿轮和变径齿轮辅助齿轮上固定有变径手柄，变径齿轮上沿齿轮轴向外开有多个弧形轨道槽，齿轮固定盘相应位置开有相同导轨槽，每个弧形轨道槽都固定有u型杆，u型杆的两端通过销轴固定在弧形轨道槽和导轨槽的两侧，齿轮固定盘上还开设有导轨孔，导轨杆穿入导轨孔，导轨杆的两端均固定在u型杆上。

12、变径齿轮盘机构的个数为3～5个，每个变径齿轮盘机构上u型杆的个数为5～8个。

13、本发明的有益效果是：

14、海床静力触探系统下放与回收过程中，绕缆滚筒上缆绳张力控制精度差。当遇到恶劣的海况时，提吊的海床静力触探设备相对于母船出现剧烈运动，极易发生碰撞危险，极端情况下脐带缆有破断的可能，导致海床静力触探设备损坏或丢失。

15、海洋地质勘探作业时，需要不同直径的缆绳给海床静力触探系统输送电压及信号。恒定的绕缆滚筒直径不能满足不同缆绳所需的最小弯曲半径要求。引起海床静力触探系统下放与回收过程中，缆绳被拉断，海床静力触探作业无法进行。

16、海床静力触探系统下放与回收过程中，绕缆滚筒上的缆绳速度及长度测量设备安放在作业井架顶端天车位置处，导致缆绳长度检测与速度检测设备与下放与回收装置本体距离过大，现场布线不方便及易出现被扯断的风险。

17、综上，无论是否遇到恶劣的海洋环境，本发明装置在cpt下放与回收过程中，缆绳张力控制精度高，避免海床静力触探设备相对于母船出现剧烈运动时，发生碰撞危险。采用可变径的绕缆滚筒，可以满足海洋勘探作业对不同缆绳最小弯曲半径的需求。解决了缆绳的长度检测和张力检测设备不能在装置本体上安装的问题。该装置提高了海床静力触探作业的安全性和效率。

技术特征：

1.海床静力触探系统用下放与回收装置，其特征在于，包括主体框架(1)，所述主体框架(1)内固定有滚筒架，所述有滚筒架上固定有变径绕缆滚筒(2)和双向丝杠(9)，所述的主轴上固定有交流变频电机(4)，所述交流变频电机(4)上固定张力检测装置(10)，所述双向丝杠(9)的一端固定有排缆电机(5)，所述双向丝杠(9)上设置有排缆器(6)，所述排缆器(6)通过旋转轴承(6-7)与导向筒(6-8)连接，所述导向筒(6-8)套在双向丝杠(9)上并与双向丝杠(9)通过螺纹接触；

2.如权利要求1所述的海床静力触探系统用下放与回收装置，其特征在于，所述排缆器(6)包括一对重合的扇形板(6-6)，一对所述扇形板(6-6)之间固定有摩擦轮(6-5)和阻力筒(6-2)，一对所述扇形板(6-6)通过排缆器连接板(6-10)相互固定，所述排缆器连接板(6-10)通过旋转轴承(6-7)与导向筒(6-8)连接；所述导向筒(6-8)包括外筒体(6-8-6)所述双向丝杠(9)通过通孔穿入导向筒(6-8)内，所述外筒体(6-8-6)的底端固定有导向筒底座(6-8-9)，所述旋转轴承(6-7)与导向筒底座(6-8-9)固定，所述外筒体(6-8-6)顶端固定有压盖(6-8-3)，所述压盖(6-8-3)通过压紧弹簧(6-8-2)与压盖(6-8-3)固定，所述压盖(6-8-3)通过导向轴承(6-8-4)与导块(6-8-5)连接，导块(6-8-5)的一端与导向轴承(6-8-4)固定，所述导块(6-8-5)的一端设置为弧面螺纹与双向丝杠(9)接触配合。

3.如权利要求2所述的海床静力触探系统用下放与回收装置，其特征在于，所述外筒体(6-8-6)内还固定有螺纹铜套(6-8-7)，所述双向丝杠(9)的一面与导块(6-8-5)接触，所述双向丝杠(9)的另一面与螺纹铜套(6-8-7)接触配合。

4.如权利要求2所述的海床静力触探系统用下放与回收装置，其特征在于，所述扇形板(6-6)上还固定有锁紧杆(6-3)，所述锁紧杆(6-3)的一端通过锁紧杆固定块(6-4)固定在扇形板(6-6)上，锁紧杆(6-3)另一端固定有棘轮锁紧块(6-9)，棘轮锁紧块(6-9)与锁紧齿轮(6-8-8)啮合锁紧。

5.如权利要求1所述的海床静力触探系统用下放与回收装置，其特征在于，所述张力检测装置(10)包括减速机，所述减速机与交流变频电机(4)通过支撑轴(10-1)相互固定，所述支撑轴(10-1)固定在减速机底座的一侧，所述减速机底座的另一侧固定有支撑杆，所述支撑杆的一端固定在减速机上，所述支撑杆(1 0-2)的另一端与传力杆(10-4)的一端铰接，所述传力杆(10-4)的另一端与张力传感器固定座(10-3)接触，所述张力传感器固定座(10-3)上固定有张力传感器，所述张力传感器固定座(10-3)固定在主体框架(1)内。

6.如权利要求1所述的海床静力触探系统用下放与回收装置，其特征在于，所述控制器固定在控制箱(3)内，所述控制器通过变频器分别与交流变频电机(4)和排缆电机(5)连接。

7.如权利要求1所述的海床静力触探系统用下放与回收装置，其特征在于，所述变径绕缆滚筒(2)包括多个变径齿轮盘机构(2-1)通过驱动轴(2-4)同轴固定，所述变径齿轮盘机构(2-1)包括沿齿轮固定盘(2-1-6)径向伸出的多个u型杆(2-1-1)，所述变径齿轮盘机构(2-1)能够控制u型杆(2-1-1)沿径向进行伸缩，所述u型杆(2-1-1)的两端固定在齿轮固定盘(2-1-6)内，所述u型杆(2-1-1)的u型端伸出齿轮固定盘(2-1-6)，所述u型杆(2-1-1)上固定有滚筒杆(2-2)，所述滚筒杆(2-2)沿驱动轴(2-4)方向固定在不同变径齿轮盘机构(2-1)伸出的u型杆(2-1-1)上，所述滚筒杆(2-2)与u型杆(2-1-1)通过紧固螺栓(2-3)固定。

8.如权利要求7所述的海床静力触探系统用下放与回收装置，其特征在于，变径齿轮盘机构(2-1)还包括相互啮合的辅助齿轮(2-1-3)和变径齿轮(2-1-4)均固定在齿轮固定盘(2-1-6)上，所述辅助齿轮(2-1-3)和变径齿轮(2-1-4)所述辅助齿轮(2-1-3)上固定有变径手柄(2-5)，所述变径齿轮(2-1-4)上沿齿轮轴向外开有多个弧形轨道槽(2-1-8)，所述齿轮固定盘(2-1-6)相应位置开有相同导轨槽，每个所述弧形轨道槽(2-1-8)都固定有u型杆(2-1-1)，所述u型杆(2-1-1)的两端通过销轴(2-1-5)固定在弧形轨道槽(2-1-8)和导轨槽两侧，所述齿轮固定盘(2-1-6)上还开设有导轨孔，所述导轨杆(2-1-2)穿入导轨孔，所述导轨杆(2-1-2)的两端均固定在u型杆(2-1-1)上。

9.如权利要求7所述的海床静力触探系统用下放与回收装置，其特征在于，所述变径齿轮盘机构(2-1)的个数为3～5个，每个所述变径齿轮盘机构(2-1)上u型杆(2-1-1)的个数为5～8个。

技术总结
本发明公开一种海床静力触探系统用下放与回收装置，包括主体框架，主体框架内固定有滚筒架，有滚筒架上固定有变径绕缆滚筒和双向丝杠，的主轴上固定有交流变频电机，交流变频电机上固定张力检测装置，双向丝杠的一端固定有排缆电机，双向丝杠上设置有排缆器，排缆器通过旋转轴承与导向筒连接，导向筒套在双向丝杠上并与双向丝杠通过螺纹接触；张力检测装置包括张力传感器，张力传感器、交流变频电机和排缆电机均与控制器连接，控制器固定在主体框架内。本发明解决了现有技术中存在的传统下放与回收装置张力控制精度较差，不能适应现场作业不同缆绳最小弯曲半径的作业需求等问题。提高了海床静力触探作业的安全性和效率。

技术研发人员：付俊,李鹏,樊春明,李欢,范松,白兰昌,王爱民,李小兵
受保护的技术使用者：中油国家油气钻井装备工程技术研究中心有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13