光电复合缆供电的深海2米岩芯钻机的研制

深海浅地层岩芯取样钻机是进行深海底地质调查、深海底矿产资源勘探不可缺少的重大技术装备[1]。我国第一台深海浅地层岩芯取样钻机于2003年研制成功并连续多年成功应用。但该型深海钻机由蓄电池组供电,受电池本身性能的影响,存在一些使用限制。本次研发的深海2米岩芯取样钻机采用铠装光电复合缆向海底进行大功率长距离输电和光纤通信,并在我国大洋调查中首次应用。本文介绍了钻机的基本结构与功能、主要技术指标和技术难点、工作原理与步骤、海上试验情况等。光缆钻机的研制成功解决了铠装光电复合缆高压大功率供电、高速数据通讯、多重安全保护系统等关键技术问题。     

深海海底钻机硬着底动力学建模与分析

以三支腿深海海底钻机为研究对象,为实现其水下布放时安全着底,针对钻机硬着底进行动力学建模与分析。首先,构建考虑钻机机体平面运动、脚板空间运动的7自由度钻机着底动力学模型;然后,通过法向考虑重复动加载问题、切向引入修正摩擦系数建立脚板-底质接触力模型,采用等效弹簧-阻尼法建立支腿轴向力模型,并同时考虑钻机与海水间的摩擦阻力及水动力等因素;最后,以我国“海牛Ⅱ号”深海海底钻机为例,对“海牛Ⅱ号”的着底过程进行数值仿真分析。结果表明：“海牛Ⅱ号”在硬着底过程中,钻机机体最大偏转角未超过1°,支腿脚板最大沉陷深度约为0.19 m,支腿油缸所受最大轴向力为714.9 kN,约为钻机自重下支腿静态轴向负载的12倍,机体质心最大合加速度为53.6 m/s²(约5.5g),各项响应数值均在设计允许范围内,钻机在设定工况条件下能够实现安全可靠着底。     

深海硬岩岩芯保真取样技术的研究

介绍了一种采用水力方式输送转移硬岩岩芯的深海硬岩保真取样技术。利用该技术,可在深海钻取硬岩岩芯后,将岩芯从取芯钻具中释放,然后采用水力输送方式将裸岩芯转移送入取芯钻机附带的深海保真装置中;并且当岩芯从深海底回收后,可在保真状态下将裸岩样转移送入实验室中的后续长期保真实验设备中。从理论上分析了水力输送转移岩芯的原理及影响因素,并通过实验进行了验证。简要介绍了一种采用该技术设计的深海硬岩保真取芯器的结构和工作原理。     

哥里奥利质量流量计及其发展现状与前景

哥里奥利质量流量计是一种新型质量流量测量仪表。它具有善通流量计无可比拟的优良性能，如测量结果不受被测流体的温度、压力、粘度、密度等参数变化的影响，测量精度高，量程比宽，可靠性好等。本文论述了该流量计的特点及基本工作原理，介绍了目前国际市场上流行的几种哥氏流量计的结构、性能，并对其发展前景进行了分析，指出了当前该流量计存在的一些总理及今后的研究方向。     

深海矿产资源岩芯探测取样技术与装备发展历程与趋势

海底岩芯取样钻机是开展海洋地质及环境科学研究、进行海洋矿产资源勘探和海底工程地质勘察所必备的关键技术装备。首先对世界深海岩芯探测取样技术与装备的发展历程进行了梳理,重点介绍了目前世界上几种典型的海底岩芯取样钻机性能、结构和技术特点;然后,分别对海底岩芯取样钻机中的稳定支撑及调平技术、取芯技术、钻杆钻具接卸存储技术、液压系统与压力平衡技术、光纤动力复合电缆供电与通讯技术、下放与回收技术等关键技术进行了分析;最后,分析和预测了深海矿产资源岩芯探测取样技术与装备的发展趋势--将朝着大型化、多用途化、智能化、专业化和便利化以及高保真取样方向发展。     

海底沉积物气密取样器翻板密封阀优化设计与实验研究

针对海底沉积物气密取样器保压密封的需求,设计一套偏心设置的翻板密封阀;利用三维软件Solidworks建立翻板密封阀的三维几何模型,利用有限元分析软件ANSYS分析不同偏心角度下,翻板密封阀阀体和阀盖的应力和变形的变化情况。结果表明:随着翻板密封阀偏心角度的增大,阀体和阀盖的应力和变形也随着增大,而对应的翻板密封阀的质量逐渐减小。选取最佳的偏心角度,在保证翻板阀所受的应力小于材料的许用应力的前提下,实现了翻板密封阀质量的最小化。设计翻板密封阀密封性能测试系统,通过实验验证了翻板密封阀设计的可行性和合理性。     

海底钻机收放机构动力学仿真与优化设计

为确保海底钻机收放机构工作的可靠性,对收放机构进行动力学仿真和优化设计。首先,介绍了钻机收放机构的组成和工作原理,分析了四级海况中母船的运动情况;其次,建立了钻机收放机构的三维模型并导入ADAMS软件进行动力学仿真分析,得到了收放机构液压缸在四级海况下的受力曲线;最后,以收放过程中液压缸最大受力值最小为优化目标,对收放机构各铰接点布置进行了优化设计,并将优化后得到的结果代入模型重新进行动力学仿真分析。结果表明,优化后收放液压缸的最大受力显著降低,且整个钻机回收过程中液压缸受力变化幅值较小,满足收放机构设计和工作要求。通过对优化后模型的动力学仿真,得到优化后收放机构关键部件的运动规律和各铰接点的受力变化情况,为后续收放机构运行平稳性分析及关键构件有限元分析提供参数指导。     

不同收放速度对海上钻机收放系统影响分析

以深海钻机收放系统为研究对象,通过建立计入海水阻力的收放系统动力学模型,研究了不同收放速度对收放系统特性的影响。研究结果表明：受海水阻力的影响,钻机在入水前后,摆动角度和脐带缆张力均存在较大差异,海水阻力对两者具有显著的抑制效果。同时,随着下放速度的增大,钻机的摆动幅值和脐带缆张力的变化幅值将不断减小;随着回收速度的增大,钻机的摆动幅值将不断减小,脐带缆张力的最大值将不断增大。