一种平台式海洋静力触探装置的制作方法

本实用新型涉及海洋地质勘查领域，尤其涉及一种平台式海洋静力触探装置

背景技术：

目前，中国已经提出了宏伟的海洋发展战略，中国将从传统的大陆国家发展成为强盛的海洋大国，在海洋石油开发领域、海底隧道工程和部分电缆和沉管工程项目中对海洋静力触探技术的需求越来越大。

目前国外一些发达国家海洋专用静探设备已较成熟，已在海洋勘察中得到应用，但设备价格昂贵，人力物力需求较大，一般单位难以承受。国内海上静力触探测试设备、测试方法尚处于起步阶段，在海洋静力触探技术上还面临很多难题，例如探杆贯入过程中易发生弯折甚至折断的事故；套管在回收时，容易发生套管与探杆的脱离；涨潮落潮易对静探设备产生影响，导致静力触探效果差。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种平台式海洋静力触探装置，能够有效解决探杆在贯入过程中发生弯折和折断的问题以及套管回收时发生套管与探杆脱离的问题。

本实用新型的技术方案在于：包括平台、贯入驱动机构、第一夹紧机构、第二夹紧机构、探杆、探头、第一套管及探杆自锁机构，两组贯入驱动机构纵向固设于平台上，可以利用平台提供一个稳定的反力装置，探杆设于两组贯入驱动机构之间，纵向穿过平台，探杆外套设第一套管，所述探杆两侧各设有一组第一夹紧机构，所述第一夹紧机构与贯入驱动机构固定连接，第一夹紧机构用于将第一套管或探杆夹紧或松开；

所述探杆自锁机构包括第二套管、卡板、板簧、卡位轴及外壳，所述卡位轴上端连接探杆，下端连接有探头连接杆，所述探头连接杆下端与探头连接，第二套管套设在卡位轴外，第二套管上端与第一套管连接，卡位轴上端侧壁设有环形凸台，环形凸台上、下端面均为圆锥面，第二套管外侧面设有两处卡槽，两卡槽底部平行设置，且两卡槽底部之间的间距小于第二套管的内径，所述卡板置于卡槽底部，板簧设于卡板外侧，外壳套设在第二套管的卡槽外；所述卡位轴外壁设有一处轴肩，第二套管向下运动时下端面能够与所述轴肩上端面接触；

所述第二夹紧机构设于平台上表面，用以对第一套管的夹紧或松开。

作为上述方案的优选，所述卡板截面为梯形，其梯形下底所在的卡板侧面与卡槽底部接触，且该侧面的上、下边缘均设有倒角，所述板簧的轴向和卡板的棱边均与第二套管轴向同向。

作为上述方案的优选，所述卡位轴环形凸台下方轴段侧壁设有环形凹槽，环形凹槽上、下侧面均为锥形面，上侧面与环形凸台下端面连接，所述环形凹槽的槽底直径小于等于第二套管两卡槽底部之间的距离，且卡位轴上两环形凸台的最大外径大于第二套管两卡槽底部之间的距离，所述卡板的棱边长度小于等于环形凹槽的轴向长度。

作为上述方案的优选，所述外壳固定套设在第二套管外，至少能够将第二套管上的卡槽部位包覆。

作为上述方案的优选，所述贯入驱动机构包括两组纵向设于平台上的第一油缸，第一油缸的活塞杆与平台固定，所述第一夹紧机构包括两组第二油缸，两组第二油缸的缸套分别与两组第一油缸的缸套固定连接，两根活塞杆正相对设置，且两根活塞杆中心轴线与探杆中心轴线处于同一平面。

作为上述方案的另一种优选，所述贯入驱动机构包括两组纵向设于平台上的第一油缸，第一油缸的活塞杆与平台固定，两组第一油缸之间固定连接夹紧支架，所述夹紧支架中央设有用于第一套管和探杆穿过的通孔，所述第一夹紧机构包括两组第二油缸，两组第二油缸的缸套固定在所述夹紧支架上，两根活塞杆正相对设置，两根活塞杆中心轴线与探杆中心轴线处于同一平面，该平面垂直于两组第一油缸活塞杆轴线所在的平面。

作为上述方案的优选，所述第二夹紧机构包括两组第三油缸，水平设于第一套管两侧的平台上表面，两活塞杆相对设置，且与第一套管正相对。

作为上述方案的优选，所述第二油缸活塞杆前端具有能够与第一套管或者探杆配合的圆弧面。

上述方案的有益效果在于：

1、上述系统提供的贯入力大并且装置反力也大，提高贯入深度和触探效果。

2、采用平台式结构，能够有效消除涨潮落潮对触探系统的影响，保证触探系统的稳定。

3、可根据实际需要选择套管和探杆同步贯入模式或者探杆贯入模式，探杆贯入时，外部套管能够为探杆提供径向约束，降低探杆与沉积物的摩擦阻力，避免探杆发生弯折甚至折断的现象，提高探杆贯入的稳定性。

4、在系统回收时，通过自锁机构能够将套管与探杆锁定，同步提升，防止套管提升时，探杆发生脱离的问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的整体结构示意图。

图2、图3为本实用新型实施例一的探杆自锁机构的内部结构示意图。

图4为图3中的A-A向剖视图。

图5为本实用新型实施例一的第二套管的结构示意图。

图6为本实用新型实施例一的外壳的结构示意图。

图7为本实用新型实施例一的卡板的结构示意图。

图8为本实用新型实施例一的板簧的结构示意图。

图9为本实用新型实施例一的卡位轴的结构示意图。

图10为本实用新型实施例一的第三油缸夹持第一套管的结构示意图。

图11为本实用新型实施例二的部分结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图详细描述本实用新型的实施例。

如图1所示，本实施例的结构包括平台4、贯入驱动机构、第一夹紧机构、第二夹紧机构、探杆8、探头1、第一套管5及探杆自锁机构3，两组贯入驱动机构纵向固设于平台 4上，探杆设于两组贯入驱动机构之间，纵向穿过平台4，探杆8外套设第一套管5，所述探杆8两侧各设有一组第一夹紧机构，所述第一夹紧机构与贯入驱动机构固定连接，第一夹紧机构用于将第一套管5或探杆8夹紧或松开；

所述探杆自锁机构3包括第二套管302、卡板304、板簧305、卡位轴303及外壳301，所述卡位轴303上端连接探杆8，下端连接有探头连接杆2(或者省略探头连接杆2，卡位轴下端直接连接探头)，所述探头连接杆2下端与探头1连接，第二套管302套设在卡位轴303外，第二套管302上端与第一套管5连接，卡位轴303上端侧壁设有环形凸台3031，环形凸台3031上、下端面均为圆锥面，第二套管302外侧面设有两处卡槽3021，两卡槽 3021底部平行设置，且两卡槽3021底部之间的间距小于第二套管302的内径，所述卡板 304置于卡槽3021底部，板簧305设于卡板304外侧，外壳301套设在第二套管302的卡槽3021外；所述卡位轴303外壁设有一处轴肩306，第二套管302向下运动时下端面能够与所述轴肩306上端面接触，如图3所示；

所述第二夹紧机构设于平台4上表面，用以对第一套管5的夹紧或松开。

在本实施例中，所述卡板304截面为梯形，其梯形下底所在的卡板304侧面与卡槽3021 底部接触，如图4所示，且该侧面的上、下边缘均设有倒角3041，所述板簧305的轴向和卡板304的棱边均与第二套管302轴向同向。

在本实施例中，所述卡位轴303环形凸台3031下方轴段侧壁设有环形凹槽3032，环形凹槽3032上、下侧面均为锥形面，上侧面与环形凸台3031下端面连接，所述环形凹槽 3032位于轴肩306上方，环形凹槽3032的槽底直径小于等于第二套管302两卡槽3021底部之间的距离，且卡位轴303上两环形凸台3031的最大外径大于第二套管302两卡槽3021 底部之间的距离，所述卡板304的棱边长度小于等于环形凹槽3032的轴向长度。

在本实施例中，所述外壳301固定套设在第二套管302外，至少能够将第二套管302 上的卡槽3021部位包覆。

在本实施例中，所述贯入驱动机构包括两组纵向设于平台4上的第一油缸7，第一油缸7的活塞杆与平台4固定，所述第一夹紧机构包括两组第二油缸6，两组第二油缸6的缸套分别与两组第一油缸7的缸套固定连接，两根活塞杆正相对设置，且两根活塞杆中心轴线与探杆8中心轴线处于同一平面。

在本实施例中，所述第二夹紧机构包括两组第三油缸12，水平设于第一套管5两侧的平台4上表面，两活塞杆相对设置，且与第一套管5正相对。

在本实施例中，所述第二油缸6活塞杆前端具有能够与第一套管5或者探杆配合的圆弧面，如图10所示。

上述触探系统的工作原理如下：

在初始状态下，第二套管302侧壁卡槽3021内的卡板304一部分处于卡位轴303上端环形凸台3031的下方环形凹槽3032内，通过卡板304以及板簧305对环形凸台3031 的支撑作用将卡位轴303的环形凸台3031限制在卡板304上方，以使第一套管5在回收时即使探杆8在重力及岩土摩擦力作用下，与卡位轴303连接的探杆也不能相对于第一套管5单独向下运动，该状态即为自锁。

在进行海洋静力触探作业时，先启动两组第二油缸6使活塞杆向前伸出，两根活塞杆相对伸出将第一套管5夹紧，然后启动第一油缸7使活塞杆收缩，使油缸套向下运动以带动第一套管5向下运动，第二套管302在同步向下运动时，第二套管302下端面与轴肩306 上端面接触并对卡位轴303施加向下的压力，迫使卡位轴303及探杆8能够与第二套管302 同步向下贯入。第一套管5向下运动一段距离后，第二油缸6活塞杆收缩，以将第一套管 5松开，然后第一油缸7活塞杆伸长，使油缸套上升，然后第二油缸6继续将第一套管5 夹紧，第一油缸7的油缸套向下运动，促使第一套管5进一步向下贯入。如此反复，当第一套管5上端下降到第二油缸6无法将其夹持后，第二油缸6还可以直接将探杆夹持，并通过第一油缸7进一步使探杆进一步向下贯入，从而使探杆贯入的深度更深。

在第二油缸6直接夹持探杆使探杆单独向下贯入时，需要克服自锁机构对探杆的自锁。即通过第一油缸7和第二油缸6对探杆施加向下的贯入力，同时启动第三油缸12将第一套管5夹紧，探杆在外力作用而向下贯入的过程中，由于卡位轴303上端环形凸台3031 下端面以及卡板304上边缘均为倾斜面，因此卡位轴303的环形凸台3031会向卡板304 施加向外的推力，卡板304在该推力的作用下会促使板簧305两端向两侧张开，弓高减小，从而使卡板304逐渐向板簧305一侧移动，当卡板304下表面越过环形凸台3031的外圆周后，即解除卡板304对环形凸台3031的锁定作用，探杆即可在贯入力的作用下继续向下运动，进行进一步贯入作业。

在上述贯入过程中，采用平台4式贯入系统，能够有效防止潮起潮落对探杆贯入的影响，保证探杆贯入过程的稳定性；采用第一套管5对探杆在贯入过程中进行防护，能够有效防止探杆在贯入过程中发生弯折或者折断的问题。

在对第一套管5和探杆进行回收时，需要自锁机构对探杆进行锁定。首先保持第三油缸12对第一套管5的夹紧状态，然后通过第二油缸6将探杆夹紧，启动第一油缸7使油缸套上升，通过第二油缸6带动探杆向上提升，由于第一套管5被夹持，因此探杆在向上提升的过程中，卡位轴303上的环形凸台3031上端面会逐步顶开两侧的卡板304，直至两卡板304之间的间距大于等于环形凸台3031外径，则环形凸台3031可越过卡板304继续向上运动，直至环形凸台3031完全通过卡板304后，卡板304会进入环形凸台3031下方凹槽内。通过卡板304上边沿与卡位轴303上端环形凸台3031下端面的卡合，将探杆整体锁定，保证在对第一套管5向上提升的过程中，探杆能够随第一套管5同步向上运动，而不会向下坠落。

需要说明的是，本申请主要在于保护平台4式海洋静力触探装置的整体结构，而上述系统在实施过程中还需要配置相应的检测设备以及电气控制设备，探头需要通过通讯线连接数据采集仪10(例如PeneLoger-lll PS011205型号)，数据采集仪用于实时获取探头传感器检测的各类数据，并进行运算、显示和存储，然后将获取的数据传送至服务器11。上述过程还需要用到深度计或者位移测量仪表，用以对探杆的贯入深度进行检测，可采用深度编码器，该深度计安装在第一油缸7上，通过数据线与数据采集仪连接，用以获得探头的贯入深度，并可间接获得探头的贯入速度。

实施例二

在上述实施例一的基础上，对于第二油缸6的安装位置还可以做进一步改进。其方案为：

贯入驱动机构包括两组纵向设于平台4上的第一油缸7，第一油缸7的活塞杆与平台 4固定，两组第一油缸7之间固定连接夹紧支架13，夹紧支架13中央设有用于第一套管5 和探杆穿过的通孔，第一夹紧机构包括两组第二油缸6，两组第二油缸6的缸套固定在所述夹紧支架13上，两根活塞杆正相对设置，两根活塞杆中心轴线与探杆中心轴线处于同一平面，该平面垂直于两组第一油缸7活塞杆轴线所在的平面。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。