CN212477679U - 一种多功能海底原位测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多功能海底原位测试装置包括机架、原位测试探头以及设置在机架上的液压动力单元、测控与供电单元、若干卷盘式贯入机构、检测机构和液压缸式贯入机构，卷盘式贯入机构包括绞车组件、导向组件和柔性探杆，液压动力单元与绞车组件连接，绞车组件和导向组件均设置在机架中，柔性探杆一端缠绕在绞车组件上，另一端穿过导向组件与原位测试探头连接，检测机构与液压缸式贯入机构连接，液压动力单元、检测机构、柔性探杆和卷盘式贯入机构与测控与供电单元电性连接。本实用新型通过采用柔性探杆来提高探测工作的工作效率，同时通过设置若干液压装置驱动不同的探头或检测机构对海底地层进行探测，以获得更全面的探测数据。
Description
技术领域
本实用新型涉及海洋工程勘察领域，尤其涉及一种多功能海底原位测试装置。
背景技术
相关海洋工程设施建设前需要开展海底土体的基本物理力学性质和地基承载力等的前期勘察，而静力触探是获取这些海底土体性质的有效手段。随着海洋资源开发利用和海洋工程建设的不断发展，海底土体静力触探在海洋地质调查、海洋工程勘察领域得到越来越广泛的应用。
静力触探是通过贯入设备将探头以准静力匀速贯入到海底土体中而获取土体的相关测试参数。目前海底静力触探工艺主要采用设备系统构成较为简单、使用操作较为方便的海床式静力触探。海床式触探通过贯入设备坐落在海床面上，再采用前端带有探头的探杆由贯入设备自海床面贯入海底土体中。探头的贯入深度决定探杆的长度，而常规的探杆长度一般不小于10m，现有的海床式触探工艺所用的探杆通常有两种类型：一是使用整长度的直线刚性探杆，此探杆在触探设备下水前预先加接并夹持就位；二是使用一定数量的分段刚性探杆，当探头超过一个周期深度时，将分段的刚性探杆进行人工或自动加接(接杆)，以使探头继续贯入。对前者而言，在浅水区域作业时通常难度并不大，但在深水、深层条件下作业时，因需在贯入设备下水前将探杆加接到应有长度，这不但增加人工操作的不便和设备吊装的困难，而且竖立在水中的整根探杆的径向稳定性会变差，以致在触探过程中对测试结果产生不良影响。对后者而言，刚性探杆需要人工加接，劳动强度大，只限于浅水作业环境，而深水下分段刚性探杆的自动加接会使触探设备机构变得非常复杂。
中国专利申请号为CN201710826374.2公开了一种海床式静力触探贯入装置及其控制方法，贯入装置包括贯入机构、卷绕机构和柔性齿柱，贯入机构包括准直管和齿轮传动机构，卷绕机构包括绞盘和导向盘，柔性齿柱包括钢缆和滑动套设于钢缆上的多个串联连接的齿柱节，柔性齿柱的一端与绞盘缠绕连接，柔性齿柱的另一端绕过导向盘后穿过准直管，位于准直管内的相邻齿柱节插接连接，且齿柱节的两侧均与齿轮传动机构啮合；柔性齿柱具有平直和弯折两种状态，操作方便、稳定性高；齿柱节自动串联，无需加接，便于实现深层条件下海底静力触探；且利用齿轮传动机构与齿柱节的两侧均啮合的双啮合结构，保证贯入所需的准直度和压力。但是该专利还存在不足之处，第一，柔性齿柱需要准直管和齿轮传动机构相互配合才可实现平直状态，增加贯入装置的工作成本和日常的维护成本以及降低工作效率；第二，柔性齿柱相当于多个铰接在一起的探杆，其弯曲程度始终受限于每一个齿柱节的大小，无法做到最大程度的弯曲，导致贯入装置的空间无法充分利用；第三，贯入装置单次下水探测获取的数据不够全面，需要对贯入装置进行多次的打捞和下水，加大探测难度，以及影响探测数据的精度。
实用新型内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种多功能海底原位测试装置，其能解决探杆在海洋中工作效率低下以及海底原位测试装置的功能过于单一的问题。
为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：
一种多功能海底原位测试装置，包括机架、原位测试探头以及设置在机架上的液压动力单元、测控与供电单元、若干卷盘式贯入机构、检测机构和液压缸式贯入机构，所述卷盘式贯入机构包括绞车组件、导向组件和柔性探杆，所述液压动力单元与绞车组件连接，所述绞车组件和导向组件均设置在机架中，所述柔性探杆一端缠绕在绞车组件上，其另一端穿过导向组件与原位测试探头连接，所述检测机构与液压缸式贯入机构连接，所述液压动力单元、检测机构、柔性探杆和液压缸式贯入机构与测控与供电单元电性连接；所述柔性探杆，用于以直线状态驱使原位测试探头贯入海底和以弯曲状态缠绕在绞车组件上。
优选的，所述绞车组件包括驱动齿轮和连接在驱动齿轮一端的卷筒，所述液压动力单元包括液压马达和齿轮组，所述液压马达与测控与供电单元电性连接，所述柔性探杆一端缠绕在卷筒上，所述液压马达的输出端与齿轮组的输入端连接，所述齿轮组的输出端与驱动齿轮啮合，以驱使柔性探杆驱动原位测试探头贯入海底地层或者驱使柔性探杆缠绕在绞车组件上。
优选的，还包括深度计，所述深度计的计量端与驱动齿轮啮合，所述深度计与测控与供电单元电性连接。
优选的，还包括声波发生器，所述声波发生器设置在机架机架底部，所述声波发生器与测控与供电单元电性连接。
优选的，所述检测机构包括十字板剪力仪，所述十字板剪力仪与液压缸式贯入机构连接，所述十字板剪力仪与测控与供电单元电性连接；所述液压缸式贯入机构，用于驱动十字板剪力仪贯入到待测地层进行检测。
优选的，所述液压缸式贯入机构包括固定安装在机架中的液压油箱、液压油泵和液压缸，所述液压油泵与测控与供电单元电性连接，所述液压油箱的输出端与液压油泵的输入端连接，液压油泵的输出端通过液压缸与十字剪力仪连接。
优选的，所述液压油箱为皮囊式液压油箱。
优选的，所述检测机构包括沉积物取样器，所述沉积物取样器与液压缸式贯入机构连接，所述沉积物取样器与测控与供电单元电性连接；所述液压缸式贯入机构，用于驱动沉积物取样器贯入到待测地层获取对应的沉积物样本。
优选的，所述液压缸式贯入机构包括固定安装在机架中的液压油箱、液压油泵和液压缸，所述液压油泵与测控与供电单元电性连接，所述液压油箱的输出端与液压油泵的输入端连接，液压油泵的输出端通过液压缸与沉积物取样器连接。
优选的，所述液压油箱为皮囊式液压油箱。
相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：采用柔性探杆代替传统的刚性探杆，避免探杆在循环使用一定次数后产生裂纹或突然发生完全断裂等金属疲劳现象，提高探杆的使用效率，同时在机架中设置多个卷盘式贯入机构，可以根据根据海洋探测工程需要，实现力学探头、光学探头和声学探头等同时进行作业，以获取到更精准、更全面的海底地层数据；另外，采用皮囊式液压油箱代替传统的油箱，利用形状可变的软质皮囊，在隔绝海水的同时，还可以根据温度和压力等因素作相应的凹瘪或鼓凸的形状变化，保证油液的洁净和液压系统的正常工作，减少系统的故障，延长油液的工作寿命。
附图说明
图1为本实用新型中的多功能海底原位测试装置的结构示意图。
图2为本实用新型中的卷盘式贯入机构的结构示意图。
图3为本实用新型中的检测机构的结构示意图。
图中：1-机架；2-卷盘式贯入机构；21-绞车组件；211-驱动齿轮；212-卷筒；22-导向组件；23-柔性探杆；3-检测机构；31-十字板剪力仪；4-液压缸式贯入机构；41-液压油箱；42-液压油泵；43-液压缸；5-液压动力单元；51-液压马达；52-齿轮组；6-深度计；7-声波发生器。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述：
如图1-3所示，一种多功能海底原位测试装置，包括机架1、原位测试探头以及设置在机架1上的液压动力单元5、测控与供电单元、若干卷盘式贯入机构2、检测机构3和液压缸式贯入机构4，所述卷盘式贯入机构2包括绞车组件21、导向组件22和柔性探杆23，所述液压动力单元5与绞车组件21连接，所述绞车组件21和导向组件22均设置在机架1中，所述柔性探杆23一端缠绕在绞车组件21上，其另一端穿过导向组件22与原位测试探头连接，所述检测机构3与液压缸式贯入机构4连接，所述液压动力单元5、检测机构3、柔性探杆23和液压缸式贯入机构4与测控与供电单元电性连接；所述柔性探杆23，用于以直线状态驱使原位测试探头贯入海底地层和以弯曲状态缠绕在绞车组件上。
具体的，所述绞车组件21包括驱动齿轮211和连接在驱动齿轮211一端的卷筒212，所述液压动力单元5包括液压马达51和齿轮组52，所述液压马达51与测控与供电单元电性连接，所述柔性探杆23一端缠绕在卷筒212上，所述液压马达51的输出端与齿轮组52的输入端连接，所述齿轮组52的输出端与驱动齿轮211啮合，以驱使柔性探杆23驱动原位测试探头贯入海底地层或者驱使柔性探杆缠绕在绞车组件上。
优选的，所述检测机构3包括十字板剪力仪31，所述十字板剪力仪31与液压缸式贯入机构4连接，所述十字板剪力仪31与测控与供电单元电性连接；所述液压缸式贯入机构4，用于驱动十字板剪力仪31贯入到待测地层进行检测。
优选的，所述液压缸式贯入机构4包括固定安装在机架1中的液压油箱41、液压油泵42和液压缸43，所述液压油泵42与测控与供电单元电性连接，所述液压油箱41的输出端与液压油泵42的输入端连接，液压油泵42的输出端通过液压缸43与十字剪力仪31连接。优选的，所述液压油箱41为皮囊式液压油箱41。
优选的，所述检测机构3包括沉积物取样器，所述沉积物取样器与液压缸式贯入机构4连接，所述沉积物取样器与测控与供电单元电性连接；所述液压缸式贯入机构4，用于驱动沉积物取样器贯入到待测地层获取对应的沉积物样本。
优选的，所述液压缸式贯入机构4包括固定安装在机架1中的液压油箱41、液压油泵42和液压缸43，所述液压油泵42与测控与供电单元电性连接，所述液压油箱41的输出端与液压油泵42的输入端连接，液压油泵42的输出端通过液压缸43与沉积物取样器连接。优选的，所述液压油箱41为皮囊式液压油箱41。
优选的，所述多功能海底原位测试装置还包括深度计6和还包括声波发生器7，所述声波发生器7设置在机架1底部，所述深度计6的计量端与驱动齿轮211啮合，所述声波发生器7和深度计6均与测控与供电单元电性连接，。
具体地，本实用新型的工作原理及组成具体说明如下：
如图1-3所示，在本实施例中，所述卷盘式贯入机构2中的柔性探杆23可采用英国Datem公司的Neptune系列(如Neptune-3000和Neptune-5000)的CPT设备中的柔性探杆23，该柔性探杆23具有冷弯特性，可以在常温下进行多次弯曲和矫直，经过导向组件22矫直后也具有常规静力触探需要的探杆稳定性及强度，较传统的刚性探杆更易维护，并且在恶劣天气受风浪的影响更小，而常规探杆在风浪较大的时候，人工去维护是效率很低以及非常危险的事情。另外，柔性探杆最大贯入深度可达到10米以上，可以满足海洋工程探测的需要，同时柔性探杆23内敷设用于通信和/或传递电脑的电缆，连接在柔性探杆23末端的原位测试探头通过电缆将探测数据传输至测控与供电单元，优选的，原位测试探头可以是力学探头或者光学探头或者声学探头等。在本实施例中，柔性探杆23的贯入和回收动作由绞车组件21和导向组件22共同完成，具体的，液压动力单元5中的液压马达51通过齿轮组52驱动驱动齿轮211带动卷筒212旋转，以使得柔性探杆23经导向组件22矫直或者缠绕在卷筒212上，从而实现原位测试探头的上升和下降的功能，同时，在卷筒212的一端还安装有一深度计6，所述深度计6的计量端的计量齿轮与驱动齿轮211啮合，当驱动齿轮211转动时，计量齿轮同速转动，从而计算柔性探杆23贯入的深度。优选的，所述卷盘式贯入机构2的数量可以根据工程勘察的需要而定，由于海洋探测工程的探测难度远远大于陆地工程的探测难度，在洋流、鱼群和气候等因素的影响下，将海底原位测试装置反复多次下水和打捞会严重影响探测数据的精度以及加大探测难度，在本实施例中的卷盘式贯入机构2数量可以根据探测需要来增加，从而增加原位测试探头的数量，可实现在探测误差允许的范围内，力学探头、光学探头、声学探头等同时工作，以获取到更精准、更全面的海底地层数据。
在本实施例中，所述检测机构3包括十字板剪力仪31，所述十字板剪力仪31集成有多种传感器，包括扭矩传感器和角度传感器等；优选的，所述液压缸式贯入机构4包括固定安装在机架1中的液压油箱41、液压油泵42和液压缸43，所述液压油泵42与测控与供电单元电性连接，所述液压油箱41的输出端与液压油泵42的输入端连接，液压油泵42的输出端通过液压缸43与十字剪力仪31连接，从而驱使驱动十字板剪力仪31贯入到预定的地层，并对待测基面进行检测和记录抗剪强度；优选的，液压油箱41为皮囊式液压油箱41，具体的，液压油箱41的油液存储在形状可变的软质皮囊内，并且与海水完全隔离。当油液进出液压油箱41或因油温变化而引起囊内油液体积变化时，软质皮囊作相应的凹瘪或鼓凸的形状变化，使皮囊内的油压由于皮囊的缩紧作用始终与略高于海水压力，故能保持油液即使发生泄漏也仅是向外泄漏，不会使海水进入液压系统中，可以保证油液的洁净和液压系统的正常工作，克服了目前开、闭式油箱的缺陷，减少系统的故障，延长油液的工作寿命。
在本实施例中，所述检测机构3还包括沉积物取样器，所述沉积物取样器与液压缸式贯入机构4连接，所述沉积物取样器与测控与供电单元电性连接；优选的，所述沉积物取样器为静压式取样器、孔隙水取样器等取样装置，所述液压缸式贯入机构4，用于驱动沉积物取样器贯入到待测地层获取对应的沉积物、孔隙水等样本。在海洋探测工程中，地层取样分析也是很重要的探测手段，在本实施例中，可以通过预先将十字板剪力仪31拆卸下来，换上沉积物取样器，以便于取样工作的顺利进行。
优选的，在机架1底部还设有一声波发生器7，声波发生器7配合声学探头对海底地层进行探测，通过声波在不同介质的传输效果来分析地层的物理特性。
同时，机架1的外表面均覆盖有防撞保护层，以应对复杂的探测环境，保证探测工作的顺利进行。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多功能海底原位测试装置，其特征在于：包括机架、原位测试探头以及设置在机架上的液压动力单元、测控与供电单元、若干卷盘式贯入机构、检测机构和液压缸式贯入机构，所述卷盘式贯入机构包括绞车组件、导向组件和柔性探杆，所述液压动力单元与绞车组件连接，所述绞车组件和导向组件均设置在机架中，所述柔性探杆一端缠绕在绞车组件上，其另一端穿过导向组件与原位测试探头连接，所述检测机构与液压缸式贯入机构连接，所述液压动力单元、检测机构、柔性探杆和液压缸式贯入机构与测控与供电单元电性连接；所述柔性探杆，用于以直线状态驱使原位测试探头贯入海底地层和以弯曲状态缠绕在绞车组件上。
2.如权利要求1所述的多功能海底原位测试装置，其特征在于：所述绞车组件包括驱动齿轮和连接在驱动齿轮一端的卷筒，所述液压动力单元包括液压马达和齿轮组，所述液压马达与测控与供电单元电性连接，所述柔性探杆一端缠绕在卷筒上，所述液压马达的输出端与齿轮组的输入端连接，所述齿轮组的输出端与驱动齿轮啮合，以驱使柔性探杆驱动原位测试探头贯入海底地层或者驱使柔性探杆缠绕在绞车组件上。
3.如权利要求2所述的多功能海底原位测试装置，其特征在于：还包括深度计，所述深度计的计量端与驱动齿轮啮合，所述深度计与测控与供电单元电性连接。
4.如权利要求1所述的多功能海底原位测试装置，其特征在于：还包括声波发生器，所述声波发生器设置在机架底部，所述声波发生器与测控与供电单元电性连接。
5.如权利要求1-4任意一项所述的多功能海底原位测试装置，其特征在于：所述检测机构包括十字板剪力仪，所述十字板剪力仪与液压缸式贯入机构连接，所述十字板剪力仪与测控与供电单元电性连接；所述液压缸式贯入机构，用于驱动十字板剪力仪贯入到待测地层进行检测。
6.如权利要求5所述的多功能海底原位测试装置，其特征在于：所述液压缸式贯入机构包括固定安装在机架中的液压油箱、液压油泵和液压缸，所述液压油泵与测控与供电单元电性连接，所述液压油箱的输出端与液压油泵的输入端连接，液压油泵的输出端通过液压缸与十字剪力仪连接。
7.如权利要求6所述的多功能海底原位测试装置，其特征在于：所述液压油箱为皮囊式液压油箱。
8.如权利要求1-4任意一项所述的多功能海底原位测试装置，其特征在于：所述检测机构包括沉积物取样器，所述沉积物取样器与液压缸式贯入机构连接，所述沉积物取样器与测控与供电单元电性连接；所述液压缸式贯入机构，用于驱动沉积物取样器贯入到待测地层获取对应的沉积物样本。
9.如权利要求8所述的多功能海底原位测试装置，其特征在于：所述液压缸式贯入机构包括固定安装在机架中的液压油箱、液压油泵和液压缸，所述液压油泵与测控与供电单元电性连接，所述液压油箱的输出端与液压油泵的输入端连接，液压油泵的输出端通过液压缸与沉积物取样器连接。
10.如权利要求9所述的多功能海底原位测试装置，其特征在于：所述液压油箱为皮囊式液压油箱。
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| CN202020242717.8U Active CN212477679U (zh) | 2020-03-02 | 2020-03-02 | 一种多功能海底原位测试装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN212477679U (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113216127A (zh) * | 2021-04-26 | 2021-08-06 | 浙江大学 | 一种浅海升沉式静力触探设备 |
| CN113899727A (zh) * | 2021-09-18 | 2022-01-07 | 中山大学 | 检测沉积物孔隙水中目标物浓度垂向变化的设备及方法 |
| CN114482000A (zh) * | 2022-03-28 | 2022-05-13 | 海南浙江大学研究院 | 一种基于数据实时传输的海床式静力触探装备 |
| CN115586586A (zh) * | 2022-09-08 | 2023-01-10 | 中国人民解放军91053部队 | 一种海洋沉积物原位观测探杆的静力贯入装置及方法 |
| CN116558489A (zh) * | 2023-05-11 | 2023-08-08 | 青岛森科特智能仪器有限公司 | 一种有缆可分离型海洋地质环境调查装备及其工作方法 |
-
2020
- 2020-03-02 CN CN202020242717.8U patent/CN212477679U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113216127A (zh) * | 2021-04-26 | 2021-08-06 | 浙江大学 | 一种浅海升沉式静力触探设备 |
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| CN116558489A (zh) * | 2023-05-11 | 2023-08-08 | 青岛森科特智能仪器有限公司 | 一种有缆可分离型海洋地质环境调查装备及其工作方法 |
| CN116558489B (zh) * | 2023-05-11 | 2023-10-27 | 青岛森科特智能仪器有限公司 | 一种有缆可分离型海洋地质环境调查装备及其工作方法 |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |