CN113106956A - 轻型海床式静力触探作业设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻型海床式静力触探作业设备，包括设置于作业海面上的作业平台，还包括有龙门固定组件、升降组件、补偿组件、加压组件、吸力锚组件和探杆。龙门固定组件固设于作业平台；升降组件固设于龙门固定组件且可上下移动；补偿组件固设于作业平台，补偿组件用于补偿升降组件的位移、以及用于探杆在移动过程中所需的张力；加压组件通过探杆与升降组件连接固定，加压组件用于驱动探杆下压或起拔；吸力锚组件与加压组件连接固定，吸力锚组件用于吸附贯入海床或加压顶出海床；探杆的顶端设置有静力触探探头。本发明利用轻型吸力锚良好抗拔性能特点，代替重型海床式CPT的重型基座，实现轻型结构满足重型静力触探驱动贯入静力触探作业的目的。

Description

轻型海床式静力触探作业设备

技术领域

本发明涉及海洋探测技术领域，具体地涉及一种轻型海床式静力触探作业设备。

背景技术

海上风电场施工需要详细了解工程区海底各土层的土质特征，求取各土层工程性质指标、确定桩基参数等。海床静力触探系统是海底土力学调查的重要手段，具有快速、准确的优点。

目前国内风电市场发展迅速，根据目前风电项目水深普遍在40m以内，且底质均为软黏土的特性，利用吸力锚良好抗拔性能特点，吸力锚基础在淤泥质软黏土中具有良好的工作性能，已经被成功地应用于多种海工结构，如海上石油平台、海底保护结构、军舰海上系泊和补给等。

海床式静力触探系统的核心是海底贯入设备。海床贯入设备的主要任务是提供贯入动作和贯入力将探头和探杆贯入至海底地层。目前国内海床式静力触探要求探测深度最深已经达到75m，如江苏盐城海上风电场，这就要求使用20吨级别的重型海床CPT，平衡海底大吨位的贯入反推力。现有的重型海床式CPT静力触探作业一般采用重型基座，整体结构较为复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轻型海床式静力触探作业设备，以达到轻型结构满足重型海床静力触探的作业需求，以满足国内沿海轻型工程船使用的要求。

本发明公开的一种轻型海床式静力触探作业设备采用的技术方案是:

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种轻型海床式静力触探作业设备，所述轻型海床式静力触探作业设备包括设置于作业海面上的作业平台，所述轻型海床式静力触探作业设备还包括有龙门固定组件、升降组件、补偿组件、加压组件、吸力锚组件和探杆。

龙门固定组件，固设于作业平台。

升降组件，固设于所述龙门固定组件且可上下移动。

补偿组件，固设于所述作业平台，所述补偿组件用于补偿所述升降组件的位移、以及用于探杆在移动过程中所需的张力。

加压组件，所述加压组件通过所述探杆与所述升降组件连接固定，所述加压组件用于驱动所述探杆下压或起拔。

吸力锚组件，所述吸力锚组件与所述加压组件连接固定，所述吸力锚组件用于吸附贯入海床或内部加压顶出海床。

探杆，所述探杆的一端夹持于所述升降组件，所述探杆的另一端夹持于所述加压组件，所述探杆的顶端设置有静力触探探头。

作为优选方案，所述龙门固定组件包括固定在所述作业平台上的龙门底座，还包括固定在所述龙门底座上的门型龙门架。

作为优选方案，所述升降组件包括液压驱动底座，所述液压驱动底座在所述门型龙门架上可上下移动，所述液压驱动底座内置有液压驱动摩擦滚轮，所述探杆夹持于所述液压驱动摩擦滚轮之间。

作为优选方案，所述补偿组件包括固设于所述作业平台的补偿油缸，所述补偿油缸的驱动轴上设置有钢丝绳，所述钢丝绳的另一端通过第一固定滚轮绕设至所述液压驱动底座上方，所述液压驱动底座吊装在所述钢丝绳上。

作为优选方案，所述加压组件包括固设于所述吸力锚组件上的保护框，所述保护框上安装有第一加压装置和第二加压装置，所述第二加压装置通过液压驱动油缸安装在所述保护框上，所述第一加压装置位于所述第二加压装置下方，所述第一加压装置和所述第二加压装置均用于夹持所述探杆，所述第一加压装置和所述第二加压装置之间设置有深度计算滚轮。

作为优选方案，所述吸力锚组件包括吸力锚圆筒，所述吸力锚圆筒通过连接部与所述保护框连接固定，所述吸力锚组件还包括位于所述吸力锚圆筒中的吸力锚中心筒，所述吸力锚圆筒的筒壁上设有通水口，所述吸力锚圆筒的内腔中设置有带孔限位泥板，所述探杆贯穿所述吸力锚中心筒。

作为优选方案，所述吸力锚组件还包括有固定装置；所述固定装置包括位于所述作业平台的下放口两侧的驱动油缸，所述驱动油缸的驱动轴上设置有插销，两侧的驱动油缸的驱动轴伸缩带动插销做夹持动作从而夹紧所述连接部。

作为优选方案，所述吸力锚组件还包括有密封装置，所述密封装置包括设置在所述吸力锚圆筒的通水口位置的密封油缸，所述密封油缸的驱动轴上设置有密封塞，所述密封塞用于封堵所述吸力锚圆筒的通水口，实现吸力锚圆筒与吸力锚中心筒环空的入水作业打开通水口排气、海床吸附贯入或者内部加压顶出作业关闭密封通水口。

作为优选方案，所述吸力锚组件还包括有抽吸装置，所述抽吸装置包括位于所述吸力锚圆筒上的液压马达和离心泵，所述液压马达用于驱动所述离心泵抽取所述吸力锚圆筒与吸力锚中心筒环空的水或者抽水泵入吸力锚圆筒与吸力锚中心筒环空。

作为优选方案，所述轻型海床式静力触探作业设备还包括有脐带缆组件，所述脐带缆组件包括固设于作业平台的可自动收放脐带缆的恒张力脐带缆绞车，所述恒张力脐带缆绞车伸出的脐带缆通过第二固定滚轮绕设至所述加压组件和所述吸力锚组件，所述第二固定滚轮固定在所述龙门底座上。

本发明提供了一种轻型海床式静力触探作业设备，轻型海床式静力触探作业设备包括设置于作业海面上的作业平台，轻型海床式静力触探作业设备还包括有龙门固定组件、升降组件、补偿组件、加压组件、吸力锚组件和探杆。龙门固定组件固设于作业平台；升降组件固设于龙门固定组件且可上下移动；补偿组件固设于作业平台，补偿组件用于补偿所述升降组件的位移、以及用于探杆在移动过程中所需的张力；加压组件通过探杆和升降组件连接固定，加压组件用于驱动探杆下压或起拔，吸力锚组件与加压组件连接固定，吸力锚组件用于贯入地层或顶出地层；探杆的一端夹持于所述升降组件，探杆的另一端夹持于加压组件，探杆的顶端设置有静力触探探头。本发明通过设置于龙门固定组件上的升降组件，带动加压组件和吸力锚组件下降入水，当加压组件和吸力锚组件下降至海底的海床后通过吸力锚组件贯入海床，再通过加压组件将探杆下压至地层中，进而通过探杆上的静力触探探头进行静力触探作业。完成静力触探作业后，吸力锚组件顶出海床，然后由升降组件将加压组件和吸力锚组件整体拉回作业平台。其中，升降组件配合补偿组件，通过补偿组件提供升降组件在作业平台浮动不稳定的情况下的位移补偿，还有提供探杆在下放和上提过程中的张力补偿，保证本发明的轻型海床式静力触探作业设备的工作稳定性，进一步提高探测效率和探测精度。本发明结构简单，可以实现轻型结构满足重型海床静力触探作业。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明的轻型海床式静力触探作业设备的整体结构示意图。

图2是本发明的轻型海床式静力触探作业设备的加压组件和吸力锚组件的结构示意图。

图3是本发明的轻型海床式静力触探作业设备的第一加压装置的结构示意图。

图4是本发明的轻型海床式静力触探作业设备的第二加压装置的结构示意图。

图中：作业平台10、龙门固定组件20、龙门底座21、门型龙门架22、升降组件30、液压驱动底座31、液压驱动摩擦滚轮32、补偿组件40、补偿油缸41、钢丝绳42、第一固定滚轮43、加压组件50、保护框51、第一加压装置52、第一卡盘底座521、第一内腔522、第一活塞523、第一碟簧524、第一卡瓦525、第一卡瓦座526、第一压板527、第二加压装置53、第二卡盘底座531、第二内腔532a、第二活塞533a、第二碟簧534a、第二卡瓦535a、第二卡瓦座536a、第二压板537a、第三内腔532b、第三活塞533b、第三碟簧534b、第三卡瓦535b、第三卡瓦座536b、第三压板537b、液压驱动油缸54、深度计算滚轮55、导向口56、吸力锚组件60、吸力锚圆筒61、连接部62、吸力锚中心筒63、通水口64、带孔限位泥板65、固定装置66、驱动油缸661、插销662、密封装置67、密封油缸671、密封塞672、抽吸装置68、探杆70、静力触探探头80、脐带缆组件90、恒张力脐带缆绞车91、第二固定滚轮92。

具体实施方式

下面结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步阐述和说明:

请参考图1，图1是本发明的轻型海床式静力触探作业设备的整体结构示意图，图2是本发明的轻型海床式静力触探作业设备的加压组件和吸力锚组件的结构示意图。

本发明提供了一种轻型海床式静力触探作业设备，所述轻型海床式静力触探作业设备包括设置于作业海面上的作业平台10，所述轻型海床式静力触探作业设备还包括有龙门固定组件20、升降组件30、补偿组件40、加压组件50、吸力锚组件60和探杆70。

龙门固定组件20，固设于作业平台10。

升降组件30，固设于所述龙门固定组件20且可上下移动。

补偿组件40，固设于作业平台10，所述补偿组件40用于补偿所述升降组件30的位移、以及用于探杆70在移动过程中所需的张力。

加压组件50，所述加压组件50通过所述探杆70与所述升降组件30连接固定，所述加压组件50用于驱动所述探杆70下压或起拔。

吸力锚组件60，所述吸力锚组件60与所述加压组件50连接固定，所述吸力锚组件60用于吸附贯入海床或内部加压顶出海床。

探杆70，所述探杆70的一端夹持于所述升降组件30，所述探杆70的另一端夹持于所述加压组件50，所述探杆70的顶端设置有静力触探探头80。

可理解地，作业平台10为船舶等用于海面作业的平台，其承载整个静力触探作业设备重量。

进一步地，所述龙门固定组件20包括固定在所述作业平台10上的龙门底座21，还包括固定在所述龙门底座21上的门型龙门架22，所述第一固定滚轮43固定在所述龙门底座21上。

进一步地，所述升降组件30包括液压驱动底座31，所述液压驱动底座31在所述门型龙门架22上可上下移动，所述液压驱动底座31内置有液压驱动摩擦滚轮32，所述探杆70夹持于所述液压驱动摩擦滚轮32之间。

可理解地，液压驱动底座31可以连接作业平台10上的液压驱动系统，通过液压驱动系统来驱动液压驱动底座31在门型龙门架22上上下移动，液压驱动底座31上下移动会带动液压驱动摩擦滚轮32上下移动，从而带动液压驱动摩擦滚轮32之间夹持的探杆70上下移动。门型龙门架22上可设置滑动导轨，液压驱动底座31上可设置滑轮，液压驱动底座31通过滑轮在门型龙门架22的滑动导轨上进行移动。

进一步地，所述补偿组件40包括固设于所述作业平台10的补偿油缸41，所述补偿油缸41的驱动轴上设置有钢丝绳42，所述钢丝绳42的另一端通过第二固定滚轮92绕设至所述液压驱动底座31上方，所述液压驱动底座31吊装在所述钢丝绳42上。

可理解地，补偿油缸41可以连接作业平台10上的液压驱动系统，通过液压驱动系统来驱动补偿油缸41的运作，从而实现液压油缸的驱动轴上下移动拉动钢丝绳42，进而拉动液压驱动底座31在门型龙门架22上上下移动。

进一步地，请参考图1、2，所述加压组件50包括固设于所述吸力锚组件60的保护框51，所述保护框51上安装有第一加压装置52和第二加压装置53，所述第二加压装置53通过液压驱动油缸54安装在所述保护框51上，所述第一加压装置52位于所述第二加压装置53下方，所述第一加压装置52和所述第二加压装置53均用于夹持所述探杆70，所述第一加压装置52和所述第二加压装置53之间设置有深度计算滚轮55。

进一步地，所述吸力锚组件60包括与所述保护框51连接固定的吸力锚圆筒61，所述吸力锚组件60还包括位于所述吸力锚圆筒61中的吸力锚中心筒63，所述吸力锚圆筒61的筒壁上设有通水口64，所述吸力锚圆筒61的内腔中设置有带孔限位泥板65，所述探杆70贯穿所述吸力锚中心筒63。

进一步地，所述吸力锚组件60还包括有固定装置66，固定装置66包括位于所述作业平台10的下放口两侧的驱动油缸661，所述驱动油缸661的驱动轴上设置有插销662，两侧的驱动油缸661的驱动轴伸缩带动插销662做夹持和松开动作。

进一步地，所述吸力锚组件60还包括有密封装置67，所述密封装置67包括设置在所述吸力锚圆筒61的通水口64位置的密封油缸671，所述密封油缸671的驱动轴上设置有密封塞672，所述密封塞672用于封堵所述吸力锚圆筒61的通水口64，实现吸力锚圆筒61与吸力锚中心筒63环空的入水作业打开通水口64排气、海床吸附贯入或者内部加压顶出作业关闭密封通水口64。

可理解地，密封油缸671通过输油管路与位于作业平台10上的液压驱动系统连接，密封油缸671的缸腔内注入液压油后活塞下移推动活塞杆的密封塞672下移，从而使得密封塞672封堵住吸力锚圆筒61的通水口64，从而防止水进入吸力锚圆筒61。其中，活塞杆套设有弹簧，当液压油端泄压后，活塞受弹簧复位的弹力向上移，带动密封塞672上移离开通水口64，此时水可以进入吸力锚圆筒61内。密封油缸671的液压油输送管道上设置液控单向阀，用于控制流向密封油缸671的液压油的流向，当需要抽取密封腔内的液压油时，则使液控单向阀处于双向导通状态，若需要注入液压油时，则保持液控单向阀处于单向导通状态，液压油不会从密封油缸671内回流。

进一步地，所述吸力锚组件60还包括有抽吸装置68，所述抽吸装置68包括位于所述吸力锚圆筒61上的液压马达和离心泵，所述液压马达用于驱动所述离心泵抽取所述吸力锚圆筒61内的水或者抽水泵入吸力锚圆筒61与吸力锚中心筒63环空，实现海床吸力锚的吸附贯入或者内部加压顶出。液压马达由作业平台10上的液压驱动系统控制。

进一步地，所述轻型海床式静力触探作业设备还包括有脐带缆组件90，所述脐带缆组件90包括固设于作业平台10的可自动收放脐带缆的恒张力脐带缆绞车91，所述恒张力脐带缆绞车91伸出的脐带缆绕设于第一固定滚轮43且连接至所述加压组件50和吸力锚组件60。

可理解地，恒张力脐带缆绞车91可进行自动收放脐带缆，可有效解决脐带缆在收放过程中发生缠绕。第一固定滚轮43的设置方便脐带缆的收放，避免脐带缆在收放拖拉过程中出现破损。

具体地，请参考图2、3、4，图2是本发明的轻型海床式静力触探作业设备的加压组件和吸力锚组件的结构示意图，图3是本发明的轻型海床式静力触探作业设备的第一加压装置的结构示意图，图4是本发明的轻型海床式静力触探作业设备的第二加压装置的结构示意图。

本发明的加压组件50包括用于夹持探杆70的第一加压装置52和第二加压装置53，第一加压装置52和第二加压装置53均安装在保护框51上，其中第二加压装置53通过液压驱动油缸54进行安装。保护框51通过连接部62与吸力锚圆筒61连接固定，保护框51起到保护内部的目的。

具体地，所述第一加压装置52包括安装在保护框51上的第一卡盘底座521，所述第一卡盘底座521内设有第一内腔522，所述第一卡盘底座521设有用于探杆70贯穿第一内腔522的通道。所述第一内腔522内设置有第一活塞523，第一活塞523的一端通过第一碟簧524安装在第一卡盘底座521上，第一卡盘底座521的第一内腔522在第一活塞523的另一侧的腔壁上开设有输油通道。第一加压装置52还包括设置于第一内腔522内的第一卡瓦525、第一卡瓦座526，第一卡瓦525与第一卡瓦座526连接固定，第一卡瓦525和第一卡瓦座526位于第一卡盘底座521的通道位置周围，第一活塞523位于第一卡瓦525和第一卡瓦座526的外侧，第一活塞523和第一卡瓦525相接触的面均设置为斜面，当第一活塞523相对第一卡瓦525移动时会产生挤压第一卡瓦525向内移动的力，第一活塞523和第一卡瓦525之间还设置有第一压板527。第一活塞523与第一内腔522的腔壁之间设置有密封圈，第一活塞523与第一内腔522的腔壁之间还围成有用于液压油注入的密封腔，密封腔上开设有输油通道，当注入液压油，油压会推动第一活塞523下移，从而使得第一活塞523松开第一卡瓦525，进而松开第一卡瓦525夹持的探杆70。

具体地，所述第二加压装置53包括安装在液压驱动油缸54上的第二卡盘底座531，所述第二卡盘底座531内设有第二内腔532a，所述第二卡盘底座531设有用于探杆70贯穿第二内腔532a的通道。所述第二内腔532a内设置有第二活塞533a，第二活塞533a的一端通过第二碟簧534a安装在第二卡盘底座531上，第二卡盘底座531的第二内腔532a在第二活塞533a的另一侧的腔壁上开设有输油通道。第二加压装置53还包括设置于第二内腔532a内的第二卡瓦535a、第二卡瓦座536a，第二卡瓦535a与第二卡瓦座536a连接固定，第二卡瓦535a和第二卡瓦座536a位于第二卡盘底座531的通道位置周围，第二活塞533a位于第二卡瓦535a和座第二卡瓦536a的外侧，第二活塞533a和第二卡瓦535a相接触的面均设置为斜面，当第二活塞533a相对第二卡瓦535a移动时会产生挤压第二卡瓦535a向内移动的力，第二活塞533a和第二卡瓦535a之间还设置有第二压板527a。第二活塞533a与第二内腔532a的腔壁之间设置有密封圈，第二活塞533a与第二内腔532a的腔壁之间还围成有用于液压油注入的密封腔，密封腔上开设有输油通道，当注入液压油，油压会推动第二活塞533a下移，从而使得第二活塞533a松开第二卡瓦535a，进而松开第二卡瓦535a夹持的探杆70。所述第二卡盘底座531内设有第三内腔532b，所述第二卡盘底座531设有用于探杆70贯穿第三内腔532b的通道。所述第三内腔532b内设置有第三活塞533b，第三活塞533b的一端通过第三碟簧534b安装在第二卡盘底座531上，第二卡盘底座531的第三内腔532b在第三活塞533b的另一侧的腔壁上开设有输油通道。第二加压装置53还包括设置于第三内腔532b内的第三卡瓦535b、第三卡瓦座536b，第三卡瓦535b与第三卡瓦座536b连接固定，第三卡瓦535b和第三卡瓦座5363b位于第二卡盘底座531的通道位置周围，第三活塞533b位于第三卡瓦535b和第三卡瓦座536b的外侧，第三活塞533b和第三卡瓦535b相接触的面均设置为斜面，当第三活塞533b相对第三卡瓦535b移动时会产生挤压第三卡瓦535b向内移动的力，第三挖535b和第三卡瓦座536b之间还设置有537b。第三活塞533b与第三内腔532b的腔壁之间设置有密封圈，第三活塞533b与第三内腔532b的腔壁之间还围成有用于液压油注入的密封腔，密封腔上开设有输油通道，当注入液压油，油压会推动第三活塞533b下移，从而使得第三活塞533b松开第三卡瓦535b，进而松开第三卡瓦535b夹持的探杆70。

具体地，第二卡盘底座531设有横梁，第二卡盘底座531通过横梁固定在液压驱动油缸54的驱动轴上。所述第一卡盘底座521和第二卡盘底座531的用于探杆70贯穿的通道位置均设置有导向口56。导向口有利于探杆70的插入。并且，在探杆70上升和下放的路径中，还设有深度计算滚轮55，深度计算滚轮55可以通过转动计算出探杆70下放的距离深度。另外，吸力锚圆筒61内还设置有带孔限位泥板65，带孔限位泥板65起到贯入限深与防沉的作用，当带孔限位泥板65与海底表面接触时会产生支撑力，避免海底土层过软吸力锚本体侧壁摩擦力与前端阻力不足以支撑自重。

本发明提供了一种轻型海床式静力触探作业设备，轻型海床式静力触探作业设备包括设置于作业海面上的作业平台，轻型海床式静力触探作业设备还包括有龙门固定组件、升降组件、补偿组件、加压组件、吸力锚组件和探杆。龙门固定组件固设于作业平台；升降组件固设于龙门固定组件且可上下移动；补偿组件固设于作业平台，补偿组件用于补偿所述升降组件的位移、以及用于探杆在移动过程中所需的张力；加压组件通过探杆和升降组件连接固定，加压组件用于驱动探杆下压或起拔，吸力锚组件与加压组件连接固定，吸力锚组件用于贯入地层或顶出地层；探杆的一端夹持于所述升降组件，探杆的另一端夹持于加压组件，探杆的顶端设置有静力触探探头。本发明通过设置于龙门固定组件上的升降组件，带动加压组件和吸力锚组件下降入水，吸力锚圆筒的通水口打开，吸力锚入水排气；当加压组件和吸力锚组件下降至海底的海床后依靠自重贯入海床一定深度，所述密封塞封堵所述吸力锚圆筒的通水口，吸力锚吸力锚圆筒与吸力锚中心筒环空抽水吸附进一步贯入海床；通过吸力锚组件贯入海床，再通过加压组件将探杆下压至地层中，吸力锚的真空吸附力平衡压组件将探杆下压至地层中的反推力，进而通过探杆上的静力触探探头进行静力触探作业。完成静力触探作业后，通过加压组件将探杆起拔回收，所述密封塞保持封堵所述吸力锚圆筒的通水口，抽水泵入吸力锚圆筒61与吸力锚中心筒63环空加压，吸力锚组件顶出海床，然后由升降组件将加压组件和吸力锚组件整体拉回作业平台。其中，升降组件配合补偿组件，通过补偿组件提供升降组件在作业平台浮动不稳定的情况下的位移补偿，还有提供探杆在下放和上提过程中的张力补偿，保证本发明的轻型海床式静力触探作业设备的工作稳定性，进一步提高探测效率和探测精度。本发明结构简单，可以实现轻型结构满足重型海床静力触探作业。

需要说明的是，本发明的整个静力触探作业过程如下：

下水准备：作业平台10船舶在设定的静力触探作业区域上抛锚或者定位稳定后，先将静力触探探头80组装在探杆70上，再将装好静力触探探头80的探杆70置于升降组件30的液压驱动摩擦滚轮32之间，通过液压驱动摩擦滚轮32转动将探杆70插入作业平台10下方口位置的加压组件50内，使得加压组件50和吸力锚组件60与升降组件30连接固定。

具体地，当探杆70准备插入吸力锚组件60内时，向第一内腔522、第二内腔532a和第三内腔532b内注入液压油，液压油注入后，第一活塞523移动松开第一卡瓦525和第一卡瓦座526，第二活塞533a移动松开第二卡瓦535a和第二卡瓦座536a，第三活塞533b移动松开第三卡瓦535b和第三卡瓦座536b。当探杆70插入后泄压液压油，第一活塞523由于第一碟簧524复位的弹力移动且向内挤压第一卡瓦525和第一卡瓦座526，第二活塞533a由于第二碟簧534a复位的弹力移动且挤压第二卡瓦535a和第二卡瓦座536a，第三活塞533b由于第三碟簧534b复位的弹力移动且向内挤压第三卡瓦535b和第三卡瓦座536b，从而将探杆70夹紧，使得升降组件30、加压组件50和吸力锚组件60连接固定。同时，通过密封装置67将密封塞672从吸力锚圆筒61的通水口64位置移开，方便吸力锚圆筒61入水后水进入吸力锚圆筒61内。

下放入水：通过补偿油缸41拉动钢丝绳42从而拉动液压驱动底座31，进而通过探杆70向上拉动加压组件50和吸力锚组件60，直至加压组件50的保护框51和吸力锚组件60的吸力锚圆筒61之间的连接部62脱离驱动油缸661的插销662。然后通过液压驱动摩擦滚轮32转动带动探杆70下降从而使得加压组件50和吸力锚组件60依靠自重整体下降，入水的过程中会拖动脐带缆，恒张力脐带缆绞车91可以保持脐带缆在拉伸过程保持一定的张紧力，同时可以在液压驱动摩擦滚轮32的上方依次连接下一根探杆70，吸力锚组件60在入水前打开通水口64；

自重入泥：当下放探杆70、挤压组件和吸力锚组件60在接近海底海床时，打开补偿油缸41进行重量平衡，继续驱动液压驱动摩擦滚轮32转动使探杆70、加压组件50和吸力锚组件60下降，吸力锚组件60在入泥前前打开通水口64，在下降接触海床的过程中探杆70的张力逐渐减小，吸力锚圆筒61与吸力锚中心筒63环空的水通过通水口64向外排水，此时调整油压使补偿油缸41使其处于合理的中位，让补偿油缸41的驱动轴拉动钢丝绳42给探杆70提高向上的拉力，并缓慢驱动液压驱动摩擦滚轮32让探杆70缓慢下放，保持探杆70适当的张力大于自身在水中的重量，然后通过加压组件50、吸力锚组件60的自重入泥；

抽吸入泥:吸力锚组件60入泥一定程度后，向密封装置67注入液压油，液压油推动活塞移动从而通过活塞杆带动密封塞672堵住吸力锚圆筒61的通水口64，然后通过液压马达驱动离心泵将吸力锚圆筒61内的水抽出，使得吸力锚圆筒61内部压强变小，吸力锚圆筒61的内外压差推动吸力锚圆筒61进一步贯入海床，同时驱动液压驱动摩擦滚轮32继续下放探杆70、加压组件50和吸力锚组件60。在吸力锚组件60抽吸入泥的过程中，保持补偿油缸41处于合理中位，提供补偿需求；

探测作业:当吸力锚圆筒61入泥到设计深度后，开始探杆70的继续贯入。向第二加压装置53注入液压油，保持第一加压装置52夹持探杆70，具体地，向第二内腔532a内、第三内腔532b内注入液压油后，由于油压第二活塞533a和第三活塞533b发生移动，第二活塞533a松开第二卡瓦535a和第二卡瓦座536a，第三活塞533b松开第三卡瓦535b和第三卡瓦座536b，从而使得第二加压装置53松开探杆70。然后第一加压装置52的第一卡瓦525和第一卡瓦座526继续夹持探杆70维持探杆70的稳定，驱动液压驱动油缸54推动第二卡盘底座531的横梁从而推动第二卡盘底座531相对探杆70上升。再将第二卡盘底座531的第二内腔532a、第三内腔532b的液压油抽掉，第二活塞533a受到第二碟簧534a的复位弹力重新挤压第二卡瓦535a和第二卡瓦座536a，使得第二卡瓦535a和第二卡瓦座536a夹持探杆70，第三活塞533b受到第三碟簧534b的复位弹力重新挤压第三卡瓦535b和第三卡瓦座536b。同时，向第一卡盘底座521的第一内腔522内注入液压油，推动第一活塞523移动，第一活塞523松开第一卡瓦525和第一卡瓦座526，从而松开探杆70。通过液压驱动油缸54驱动第二卡盘底座531的横梁下降从而使得第二卡盘底座531带动夹持住探杆70下降进行静力触探作业。通过上述重复动作直至探杆70贯入到海床的设计深度，使得探杆70上的静力触探探头80达到设定深度。在此期间，根据补偿油缸位移的变化，驱动液压驱动摩擦滚轮32转动实现探杆70的下放。此时吸力锚圆筒61的侧壁摩擦力与内外压差的真空吸力承受第二加压装置53对探杆70的加压反推力；

泄压第二卡盘底座531的第二内腔532a、第三内腔532b内的液压油，第二活塞533a、第三活塞533b分别受到第二碟簧534a、第三碟簧534b复位的弹力重新驱动第二卡瓦535a和第三卡瓦535b夹紧探杆70，注入液压油至第一卡盘底座521的第一内腔522内，第一活塞523发生移动松开第一卡瓦525从而使得第一卡瓦525松开探杆70。驱动液压驱动油缸54的驱动轴向上推动第二卡盘底座531的横梁从而推动第二卡盘底座531上升，带动探杆70向上起拔。然后将第一卡盘底座521的第一内腔522内的液压油泄压，第一活塞523发生受到第一碟簧524复位的弹力发生移动挤压第一卡瓦525和第一卡瓦座526，使得第一卡瓦525和第一卡瓦座526夹持探杆70，再向第二卡盘底座531的第二内腔532a、第三内腔532b内注入液压油，使得第二卡瓦535a和第二卡瓦座536a松开探杆70。驱动液压驱动油缸54的驱动轴带动第二卡盘底座531的横梁从而带动第二卡盘底座531下降。重复上述操作直至探杆70起拔至吸力锚圆筒61内的相应位置。同时在此期间，根据补偿油缸41的位移变化，驱动液压驱动摩擦滚轮32实现对探杆70的上提回收。

回收设备：驱动液压马达反向注油驱动离心泵抽水进入吸力锚圆筒61内，吸力锚圆筒61内的压强增大，推动吸力锚圆筒61向上移动，根据补偿油缸41的变化，缓慢驱动液压驱动摩擦滚轮32实现探杆70的夹持和上提。当液压马达的驱动油压降低后，保持液压马达注水，维持补偿油缸41的中位，缓慢驱动液压驱动摩擦滚轮32对探杆70的夹持和上提，然后逐渐增加补偿油缸41的对液压驱动底座31的拉力，保持探杆70的张力处于安全范围内，直至加压组件50、吸力锚组件60脱离海底。最后继续夹持探杆70、加压组件50和吸力锚组件60上提，直至回收回作业平台10。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种轻型海床式静力触探作业设备，其特征在于，所述轻型海床式静力触探作业设备包括设置于作业海面上的作业平台(10)，所述轻型海床式静力触探作业设备还包括有龙门固定组件(20)、升降组件(30)、补偿组件(40)、加压组件(50)、吸力锚组件(60)和探杆(70)；

龙门固定组件(20)，固设于作业平台(10)；

升降组件(30)，固设于所述龙门固定组件(20)且可上下移动；

补偿组件(40)，固设于所述作业平台(10)，所述补偿组件(40)用于补偿所述升降组件(30)的位移、以及用于探杆(70)在移动过程中所需的张力；

加压组件(50)，所述加压组件(50)通过所述探杆(70)与所述升降组件(30)连接固定，所述加压组件(50)用于驱动所述探杆(70)下压或起拔；

吸力锚组件(60)，所述吸力锚组件(60)与所述加压组件(50)连接固定，所述吸力锚组件(60)用于吸附贯入海床或内部加压顶出海床；

探杆(70)，所述探杆(70)的一端夹持于所述升降组件(30)，所述探杆(70)的另一端夹持于所述加压组件(50)，所述探杆(70)的顶端设置有静力触探探头(80)。

2.如权利要求1所述的轻型海床式静力触探作业设备，其特征在于，所述龙门固定组件(20)包括固定在所述作业平台(10)上的龙门底座(21)，还包括固定在所述龙门底座(21)上的门型龙门架(22)。

3.如权利要求2所述的轻型海床式静力触探作业设备，其特征在于，所述升降组件(30)包括液压驱动底座(31)，所述液压驱动底座(31)在所述门型龙门架(22)上可上下移动，所述液压驱动底座(31)内置有液压驱动摩擦滚轮(32)，所述探杆(70)夹持于所述液压驱动摩擦滚轮(32)之间。

4.如权利要求3所述的轻型海床式静力触探作业设备，其特征在于，所述补偿组件(40)包括固设于所述作业平台(10)的补偿油缸(41)，所述补偿油缸(41)的驱动轴上设置有钢丝绳(42)，所述钢丝绳(42)的另一端通过第一固定滚轮(43)绕设至所述液压驱动底座(31)上方，所述液压驱动底座(31)吊装在所述钢丝绳(42)上。

5.如权利要求4所述的轻型海床式静力触探作业设备，其特征在于，所述加压组件(50)包括固设于所述吸力锚组件(60)上的保护框(51)，所述保护框(51)上安装有第一加压装置(52)和第二加压装置(53)，所述第二加压装置(53)通过液压驱动油缸(54)安装在所述保护框(51)上，所述第一加压装置(52)位于所述第二加压装置(53)下方，所述第一加压装置(52)和所述第二加压装置(53)均用于夹持所述探杆(70)，所述第一加压装置(52)和所述第二加压装置(53)之间设置有深度计算滚轮(55)。

6.如权利要求5所述的轻型海床式静力触探作业设备，其特征在于，所述吸力锚组件(60)包括吸力锚圆筒(61)，所述吸力锚圆筒(61)通过连接部(62)与所述保护框(51)连接固定，所述吸力锚组件(60)还包括位于所述吸力锚圆筒(61)中的吸力锚中心筒(63)，所述吸力锚圆筒(61)的筒壁上设有通水口(64)，所述吸力锚圆筒(61)的内腔中设置有带孔限位泥板(65)，所述探杆(70)贯穿所述吸力锚中心筒(63)。

7.如权利要求6所述的轻型海床式静力触探作业设备，其特征在于，所述吸力锚组件(60)还包括有固定装置(66)，所述固定装置(66)包括位于所述作业平台(10)的下放口两侧的驱动油缸(661)，所述驱动油缸(661)的驱动轴上设置有插销(662)，两侧的驱动油缸(661)的驱动轴伸缩带动插销(662)做夹持动作从而夹紧所述连接部(62)。

8.如权利要求7所述的轻型海床式静力触探作业设备，其特征在于，所述吸力锚组件(60)还包括有密封装置(67)，所述密封装置(67)包括设置在所述吸力锚圆筒(61)的通水口(64)位置的密封油缸(671)，所述密封油缸(671)的驱动轴上设置有密封塞(672)，所述密封塞(672)用于封堵所述吸力锚圆筒(61)的通水口(64)，实现吸力锚圆筒(61)与吸力锚中心筒(63)环空的入水作业打开通水口(64)排气、海床吸附贯入或者内部加压顶出作业关闭密封通水口(64)。

9.如权利要求8所述的轻型海床式静力触探作业设备，其特征在于，所述吸力锚组件(60)还包括有抽吸装置(68)，所述抽吸装置(68)包括位于所述吸力锚圆筒(61)上的液压马达和离心泵，所述液压马达用于驱动所述离心泵抽取所述吸力锚圆筒(61)与吸力锚中心筒(63)环空的水或者抽水泵入吸力锚圆筒(61)与吸力锚中心筒(63)环空，实现海床吸力锚的吸附贯入或者内部加压顶出。

10.如权利要求9所述的轻型海床式静力触探作业设备，其特征在于，所述轻型海床式静力触探作业设备还包括有脐带缆组件(90)，所述脐带缆组件(90)包括固设于作业平台(10)的可自动收放脐带缆的恒张力脐带缆绞车(91)，所述恒张力脐带缆绞车(91)伸出的脐带缆通过第二固定滚轮(92)绕设至所述加压组件(50)和所述吸力锚组件(60)，所述第二固定滚轮(92)固定在所述龙门底座(21)上。

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