CN103758166B - 挖沟机喷射推进控位系统 - Google Patents

Abstract

一种海底工程机械技术领域的挖沟机喷射推进控位系统，包括：两个进水管、蝶式止回阀、五个连接管、液动蝶阀和喷嘴，其中：两个进水管分别从挖沟机射流工作泵部分引出，且分别由蝶式止回阀与垂直布置的第一、第二连接管相连，第一、第二连接管分别与水平布置的第三、第四连接管相连，第三、第四连接管之间连接水平布置的第五连接管，且端部出口处分别由液动蝶阀与喷嘴相连，喷嘴由液动蝶阀控制，产生调整挖沟机的艏向和侧向位移的推力，两个进水管、第一、第二连接管以及第三、第四连接管的结构和连接均为对称布置。本发明能够对采用垂直悬吊方式作业的非接触式挖沟机的姿态和方向进行及时调整，保证挖沟机作业时的稳定性和作业质量。

Description

挖沟机喷射推进控位系统

技术领域

本发明涉及的是一种海底工程机械技术领域的挖掘装置，具体是一种挖沟机喷射推进控位系统。

背景技术

随着海底管道铺设工程的快速发展，水力冲射式挖沟机得到了较为广泛的应用。目前，水力冲射式挖沟机多采用接触式，即挖沟机坐底，直接骑跨在海底管线上，进行挖沟作业，由于体积重量庞大，结构复杂，其姿态调整和方位控制主要是靠施工船拖曳来实现。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102418358，公开日2012-04-18，记载了一种动力定位射流喷冲式挖沟机。其特点是具有监控系统，系统包括GPS卫星定位系统及与喷冲式挖沟机连接的姿态监视仪、声纳监视器、压力显示器、液压胶管绞车和液压电缆绞车等。GPS卫星定位系统包括天线和主机，可以准确地将施工船定位。实现挖沟机姿态监视是通过姿态监视仪、传感器和信号线来实现的。传感器安装在滑撬上，姿态监视仪安装在施工船的中心控制室，通过姿态监视仪的显示信息来了解挖沟机的状态，以此调整走船速度和方向，对挖沟机进行姿态调整。但该现有技术但对于非接触式挖沟机，由于采用垂直悬吊、非接触的开沟方式，工作状态下挖沟机水下本体所处水流环境较为复杂，在水平方向上，挖沟机受到轴流泵和喷水推进装置的喷冲反力，即反力矩、海流、喷冲流场等作用下，非接触式挖沟机的姿态稳定性较差，需要进行姿态校正和方向控制。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种挖沟机喷射推进控位系统，能够对采用垂直悬吊方式作业的非接触式挖沟机的姿态和方向进行及时调整，保证挖沟机作业时的稳定性和作业质量，以安全地实现多种地质条件下的海底挖沟作业。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：两个进水管、蝶式止回阀、五个连接管、液动蝶阀和喷嘴，其中：两个进水管分别从挖沟机射流工作泵部分引出，且分别由蝶式止回阀与垂直布置的第一、第二连接管相连，第一、第二连接管分别与水平布置的第三、第四连接管相连，第三、第四连接管之间连接水平布置的第五连接管，且端部出口处分别由液动蝶阀与喷嘴相连，喷嘴由液动蝶阀控制，产生调整挖沟机的艏向和侧向位移的推力，两个进水管、第一、第二连接管以及第三、第四连接管的结构和连接均为对称布置。

所述的调整挖沟机侧向位移的推力满足：其中：T＝ρ(Q₁+Q₂)(V₁-V₂)为喷嘴出口的水流喷射推力，C_D为拖曳力系数，ρ为水流密度，A为挖沟机侧向截面积，v为挖沟机侧向上相对海流流速，G为挖沟机的水下重量，θ为起吊钢缆与垂向的偏角，Q₁、Q₂为两个进水管的进水流量，V₁、V₂分别为两端喷嘴出口处的喷射速度。

所述的调整挖沟机的艏向的推力满足：kα+ρ(Q₁+Q₂)(V₁-V₂)l＝M_b，其中：T＝ρ(Q₁+Q₂)(V₁-V₂)为喷嘴出口的水流喷射推力，Q₁、Q₂为两个进水管的进水流量，V₁、V₂分别为两端喷嘴出口处的喷射速度，ρ为水流密度，α为起吊钢缆扭转角度，k为起吊钢缆的扭矩系数，l为喷射推力到旋转中心的力臂距离，M_b为挖沟机抽吸系统产生的力矩。

所述的液动蝶阀的通径为240mm，最大驱动压力16MPa，最小工作压力3.2MPa，最快关闭速度小于3s。

所述的两个进水管的端部和连接部、蝶式止回阀的连接部、五个连接管的连接部、液动蝶阀的连接部以及喷嘴的连接部均设有法兰。

本发明的流量不大于1000m³/h，单套推力理论值约1000kg，可保证挖沟机在50m水深进行侧向位移调整，且距离不小于1m；在水下自由状态下，可对挖沟机进行艏向调整，且艏向调整角度不小于90°。系统可实现自动控位与手动控位切换。

技术效果

与现有技术相比，本发明的优点包括：

1、本发明所述的挖沟机喷射推进控位系统的工作流体从挖沟机本体喷冲射流系统引出，不需要额外的泵装置，结构简单。

2、本发明可用于ROV或其它水下作业装备，具有良好的推进和控位性能，通用性和功能扩展性较好，可满足不同的实际作业需求。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明的俯视图；

图3是本发明的左视图；

图4是本发明在潜水挖沟机中的安装布置示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1-4所示，本实施例包括：进水管1、蝶式止回阀2、连接管3、液动蝶阀4、喷嘴5、法兰6、垫片7、螺栓8、螺母9、垫圈10，其中：连接管3共有5个，分为垂直和水平布置，用以改变管路方向，以适应挖沟机的整体结构布置。进水管1有2个，管端有法兰6，分别从挖沟机11射流工作泵部分引出，和蝶式止回阀2连接后，再依次和第一、第二连接管3-1、3-3相连。第三、第四连接管3-2、3-4出口经过液动蝶阀4和喷嘴5相连接。第三、第四连接管3-2、3-4分别和第五连接管3-5连接。

本实施例为对称结构，组成部件均为对称布置，并进行连接。

所述的蝶式止回阀2可以依靠水流流动而自动开、闭阀瓣，用来防止水流倒流。

所述的挖沟机11喷射推进控位系统的喷嘴5出口流量通过液动蝶阀4快速控制，产生的推力可以调整挖沟机11的艏向和侧向位移，使其满足艏向和侧向位置稳定，挖沟作业平稳。

所述的液动蝶阀4的通径为240mm，最大驱动压力16MPa，最小工作压力3.2MPa，最快关闭速度小于3s。

所述的进水管1、蝶式止回阀2、连接管3、液动蝶阀4和喷嘴5通过法兰6连接，法兰6之间有垫片7密封，同时用用螺栓8、螺母9和垫圈10紧固。

所述的进水管1、连接管3和喷嘴5的长度和直径等尺寸参数可根据不同挖沟机的具体要求而设定。

所述的垫片7材质为耐海水橡胶板。

所述的射流推进控位系统的流量不大于1000m³/h，单套推力理论值约1000kg，可保证挖沟机11在50m水深进行侧向位移调整，且距离不小于1m；在水下自由状态下，可对挖沟机进行艏向调整，且艏向调整角度不小于90°。系统可实现自动控位与手动控位切换。

所述的挖沟机喷射推进控位系统在装配时，法兰6等用螺纹连接固定的部位要拧紧，防止松动。液动蝶阀4和连接管3、喷嘴5装配好后，需试压1MPa半个小时，不得有泄漏现象。

本实施例挖沟机喷射推进控位系统的工作过程如下：

挖沟机的艏向和侧向位移可通过本发明产生的推力进行调整。在作业过程中，挖沟机位置略有偏移，需要进行侧向(垂直于挖沟作业方向)位置调整时，通过施加侧向推力来校正挖沟机本体作业姿态。通过控制和调整所述的液动蝶阀，改变两端喷嘴出口形成的喷射推力。喷嘴出口的水流喷射推力T＝ρ(Q₁+Q₂)(V₁-V₂)，挖沟机所受到的绕流拖曳力为挖沟机偏移一定距离时，起吊钢缆与挖沟机一起当做单摆进行处理，挖沟机受到的回复作用力为F_r＝Gtanθ＝Gθ，由受力平衡得到F_D+F_r＝T，即式中：C_D为拖曳力系数，ρ为水流密度，A为挖沟机侧向截面积，v为挖沟机侧向上相对海流流速，G为挖沟机的水下重量，θ为起吊钢缆与垂向的偏角，Q₁、Q₂为两个进水管的进水流量，V₁、V₂分别为两端喷嘴出口处的喷射速度。

对挖沟机进行艏向调整时，通过喷射推力对挖沟机旋转中心形成的力矩和挖沟机的起吊钢缆扭转变形产生的扭矩一起来平衡挖沟机轴流泵抽吸系统产生的力矩，可表示为kα+ρ(Q₁+Q₂)(V₁-V₂)l＝M_b，式中：α为起吊钢缆扭转角度，k为起吊钢缆的扭矩系数，l为喷射推力到旋转中心的力臂距离，M_b为挖沟机抽吸系统产生的力矩。

当非接触式挖沟机11在水下对海底管线或电缆进行挖沟作业时，施工船先将挖沟机11载至目标挖沟作业区域，然后将其吊放至水下，开启喷冲管汇系统中的轴流泵和喷射推进控向系统12，然后采用拖曳方式循线航行。喷冲管汇系统开启后，轴流泵上方进口同时进水，大部分流量经过喷冲喷嘴后形成高速水流，垂直冲击海底管线两侧下部海床泥面，进行开沟作业；其余小部分流量由喷射推进控向系统12进水管1吸入，经过连接管3后，再经过液动蝶阀4的流量控制后，从喷嘴5以一定流速喷出。水流从进水管1入口到从喷嘴5喷出的动量改变量即为系统所产生的推力，通过调整液动蝶阀4的阀门开度进行流量控制，可以改变推力大小，从而实现挖沟机的艏向稳定、侧向位置调整等方位控制功能。

Claims (1)

1.一种挖沟机喷射推进控位系统，其特征在于，包括：两个进水管、蝶式止回阀、五个连接管、液动蝶阀和喷嘴，其中：两个进水管分别从挖沟机射流工作泵部分引出，且分别由蝶式止回阀与垂直布置的第一、第二连接管相连，第一、第二连接管分别与水平布置的第三、第四连接管相连，第三、第四连接管之间连接水平布置的第五连接管，且端部出口处分别由液动蝶阀与喷嘴相连，喷嘴由液动蝶阀控制，产生调整挖沟机的艏向和侧向位移的推力，两个进水管、第一、第二连接管以及第三、第四连接管的结构和连接均为对称布置。