[发明专利]一种采用海水压力能驱动的静力触探器

说明书

本发明属于触探器相关技术领域，其公开了采用海水压力能驱动的静力触探器，所述静力触探器包括变量马达、耐压腔体、主动轮、从动轮及触探杆，所述变量马达与所述耐压腔体通过管道相连通；所述主动轮连接于所述变量马达的输出轴，所述从动轮与所述主动轮相对设置，其中心轴与所述主动轮的中心轴相互平行；所述触探杆的一端位于所述主动轮及所述从动轮之间，其与所述主动轮及所述从动轮均相抵持；所述管道内流动的海水带动所述变量马达转动，所述变量马达带动所述主动轮转动，由此所述主动轮与所述从动轮相配合来带动所述触探杆上下移动。上述静力触探器结构简单，节能环保，成本较低，可靠性高。

技术领域

本发明属于触探器相关技术领域，更具体地，涉及一种采用海水压力能驱动的静力触探器。

背景技术

海底静力触探器是获取海底精确地质资料与数据的重要手段与工具，其在海洋工程地质勘查与海底矿产资源勘探方面有着广泛的应用。目前，海底静力触探器有脐带式电缆供电及大容量电池供电两种供电方式，触探杆驱动方式有液压驱动和电机驱动两种。

现阶段，本领域相关技术人员已经做了一些研究，以下从两个方面进行具体说明。1.脐带式电缆供电系统及两种驱动方式。范登堡公司发明了ROSON-40kN静力触探系统，其采用电机通过摩擦轮驱动探杆贯入海底，最大工作水深2000米，最大触探深度40米，极限贯入力为40kN。该系统通过脐带电缆从水面船只向水下探杆驱动单元输送电能，脐带电缆由一台专门的恒张力绞车收放，绞车上的变配电设备将船上的380V-420V交流电升压后通过脐带电缆输送至水下探杆驱动单元，探杆驱动单元中的变配电电力电子设备再将电压转换成电机的额定电压。ROSON-40KN CPT系统配备的脐带电缆仅用于供电和通讯，提升和下放需要另外配置一套钢缆和绞车，双缆作业时需要重点提防钢缆与脐带电缆的缠绕。

荷兰辉固公司发明的Seacalf CPT系统的基本结构与ROSON CPT系统类似，不同的是其探杆由电机、液压泵、控制阀与马达等组成的水下液压系统驱动，该系统最大工作水深为2500米，最大触探深度为40米，探杆极限贯入力为200kN。

液压驱动技术相对电机驱动技术具有功率密度大、无级调速和传动平稳等优势，能提供较大的探杆贯入力，但系统相对复杂。此外，上述海床式静力触探系统的探杆驱动系统均由水面船只通过脐带电缆供电，需要配备水下电机、水下变配电及继电控制设备，这类电气设备环节较多且体积较大，任何一个环节因高压海水泄漏或者散热不佳都将导致过热产生故障，都会造成整个驱动系统无法工作；对于重型静力触探系统(ROSON系列、SEACALF系列等)，由于其触探深度和自重大，一般采用双缆作业，水下作业时吊放钢缆易与脐带电缆缠绕，而引发设备故障。

2.大容量电池供电系统。IFREMER研制了一种自带大容量电池供电的Penfeld静力触探系统，其探杆的液压驱动系统由铅蓄电池供电，与水面船只的信号交换通过水声通讯技术进行。由于摆脱了脐带电缆等输配电设备的限制，Penfeld最大工作水深达6000米，最大触探深度达30米。该系统自带的蓄电池采用充油的方式置于电池箱内，总容量为1.08KWh，电池的直流电经过逆变器转换成三相交流电供给液压驱动系统的异步交流电机。

然而，采用大容量电池为系统供电时，由于水下蓄电池存在析气的问题，当析气量大时会产生危险，因此高压环境下的蓄电池供电方式存在可靠性较差，使用效率较低及使用成本较高的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种采用海水压力能驱动的静力触探器，其基于现有静力触探器的工作特点，研究及设计了一种采用海水压力能驱动的静力触探器。所述静力触探器采用静水压力能作为驱动能源，其中静水压力能是海底高压海水天然具有的一种清洁可再生能源，节能环保，且省去了电机、液压泵、大容量电池及变配电设备，简化了结构，提高了可靠性及效率，成本较低。此外，存储海水的耐压腔体相对于大容量电池及水下变电设备对海水泄露并不敏感，也不存在温升及析气导致故障的问题，同时无需用于供电的脐带式电缆，解决了双缆作业中钢缆与电缆的缠绕问题，提高了工作效率及可靠性。