[發明專利]挖溝機噴射推進控位系統

有效

• 申請號: 201410062402.4
• 申請日: 2014-02-24
• 公開（公告）號: CN103758166A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 葛彤;王旭陽;李翔;吳超;莊廣膠;趙敏;王猛;王彪
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: E02F3/90
• 分類號: E02F3/90;E02F5/14
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

技術領域

本發明涉及的是一種海底工程機械技術領域的挖掘裝置，具體是一種挖溝機噴射推進控位系統。

背景技術

隨著海底管道鋪設工程的快速發展，水力沖射式挖溝機得到了較為廣泛的應用。目前，水力沖射式挖溝機多采用接觸式，即挖溝機坐底，直接騎跨在海底管線上，進行挖溝作業，由于體積重量龐大，結構復雜，其姿態調整和方位控制主要是靠施工船拖曳來實現。

經過對現有技術的檢索發現，中國專利文獻號CN102418358，公開日2012-04-18，記載了一種動力定位射流噴沖式挖溝機。其特點是具有監控系統，系統包括GPS衛星定位系統及與噴沖式挖溝機連接的姿態監視儀、聲納監視器、壓力顯示器、液壓膠管絞車和液壓電纜絞車等。GPS衛星定位系統包括天線和主機，可以準確地將施工船定位。實現挖溝機姿態監視是通過姿態監視儀、傳感器和信號線來實現的。傳感器安裝在滑撬上，姿態監視儀安裝在施工船的中心控制室，通過姿態監視儀的顯示信息來了解挖溝機的狀態，以此調整走船速度和方向，對挖溝機進行姿態調整。但該現有技術但對于非接觸式挖溝機，由于采用垂直懸吊、非接觸的開溝方式，工作狀態下挖溝機水下本體所處水流環境較為復雜，在水平方向上，挖溝機受到軸流泵和噴水推進裝置的噴沖反力，即反力矩、海流、噴沖流場等作用下，非接觸式挖溝機的姿態穩定性較差，需要進行姿態校正和方向控制。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種挖溝機噴射推進控位系統，能夠對采用垂直懸吊方式作業的非接觸式挖溝機的姿態和方向進行及時調整，保證挖溝機作業時的穩定性和作業質量，以安全地實現多種地質條件下的海底挖溝作業。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括：兩個進水管、蝶式止回閥、五個連接管、液動蝶閥和噴嘴，其中：兩個進水管分別從挖溝機射流工作泵部分引出，且分別由蝶式止回閥與垂直布置的第一、第二連接管相連，第一、第二連接管分別與水平布置的第三、第四連接管相連，第三、第四連接管之間連接水平布置的第五連接管，且端部出口處分別由液動蝶閥與噴嘴相連，噴嘴由液動蝶閥控制，產生調整挖溝機的艏向和側向位移的推力，兩個進水管、第一、第二連接管以及第三、第四連接管的結構和連接均為對稱布置。

所述的調整挖溝機側向位移的推力滿足：其中：T＝ρ(Q₁+Q₂)(V₁-V₂)為噴嘴出口的水流噴射推力，C_D為拖曳力系數，ρ為水流密度，A為挖溝機側向截面積，v為挖溝機側向上相對海流流速，G為挖溝機的水下重量，θ為起吊鋼纜與垂向的偏角，Q₁、Q₂為兩個進水管的進水流量，V₁、V₂分別為兩端噴嘴出口處的噴射速度。

所述的調整挖溝機的艏向的推力滿足：kα+ρ(Q₁+Q₂)(V₁-V₂)l＝M_b，其中：T＝ρ(Q₁+Q₂)(V₁-V₂)為噴嘴出口的水流噴射推力，Q₁、Q₂為兩個進水管的進水流量，V₁、V₂分別為兩端噴嘴出口處的噴射速度，ρ為水流密度，α為起吊鋼纜扭轉角度，k為起吊鋼纜的扭矩系數，l為噴射推力到旋轉中心的力臂距離，M_b為挖溝機抽吸系統產生的力矩。

所述的液動蝶閥的通徑為240mm，最大驅動壓力16MPa，最小工作壓力3.2MPa，最快關閉速度小于3s。

所述的兩個進水管的端部和連接部、蝶式止回閥的連接部、五個連接管的連接部、液動蝶閥的連接部以及噴嘴的連接部均設有法蘭。

本發明的流量不大于1000m³/h，單套推力理論值約1000kg，可保證挖溝機在50m水深進行側向位移調整，且距離不小于1m；在水下自由狀態下，可對挖溝機進行艏向調整，且艏向調整角度不小于90°。系統可實現自動控位與手動控位切換。

技術效果

與現有技術相比，本發明的優點包括：

1、本發明所述的挖溝機噴射推進控位系統的工作流體從挖溝機本體噴沖射流系統引出，不需要額外的泵裝置，結構簡單。

2、本發明可用于ROV或其它水下作業裝備，具有良好的推進和控位性能，通用性和功能擴展性較好，可滿足不同的實際作業需求。