基於海水靜水壓力能的海底靜力觸探探桿驅動技術研究

《基於海水靜水壓力能的海底靜力觸探探桿驅動技術研究》是依託華中科技大學，由王建軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於海水靜水壓力能的海底靜力觸探探桿驅動技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王建軍
• 依託單位：華中科技大學

項目摘要

作為海底原位測試突出代表的海底靜力觸探技術，能現場直接獲取海底工程地質資料,具有效率高、數據準確連續及再現性好等優點，在海洋資源開發中扮演著重要的角色。本項目提出利用海水的靜水壓力能驅動海底靜力觸探的探桿，該方法較現有的驅動技術在可靠性及工作效率等方面具有明顯的優勢。通過建立靜水壓力能驅動的負載敏感液壓系統結構實現對地層阻力變化的自動適應以及對海水靜水壓力能的高效利用，隨後建立負載敏感液壓系統的數學模型與仿真模型,研究其工作特性並以此為基礎探索探桿速度高精度控制策略，最後通過試驗研究使探桿運動速度穩定性與精度達到海底靜力觸探作業的要求，從而獲得基於靜水壓力能的海底靜力觸探探桿驅動方法，實現在深水及超深水環境下高可靠與高效率的海底靜力觸探作業，為海洋工程地質勘察及深海海底資源勘探等領域的研究提供技術支撐。

結題摘要

針對海床式靜力觸探探桿的驅動與能量供應問題，提出一種利用深海高壓海水的靜水壓力能為靜力觸探探桿貫入海底地層提供動力的方法。此方法利用海水壓力與耐壓空腔之間的壓力差驅動探桿貫入地層，相對於目前由臍帶電纜或大容量蓄電池供電的電機（液壓）驅動技術，簡化了系統結構，提高了系統可靠性與工作效率。本項目對海水靜水壓力能驅動系統的總體結構進行了研究，得到了能適應探桿貫入地層時的阻力變化以及高效利用海水靜水壓力能的驅動系統結構。建立了驅動系統的數學模型，對系統的穩定性、變負載作用下的探桿速度誤差範圍、系統阻尼比與固有頻率等工作特性進行了分析，得到了系統穩定裕度及其影響因素、中低高頻擾動下探桿速度的最大誤差邊界、系統阻尼比以及固有頻率與海水壓力等因素的關係。基於數學模型的仿真結果表明，在實際典型地層阻力干擾下，探桿的速度精度可以保持在海底靜力觸探要求的範圍內（±10%），且海水深度越大，探桿速度精度越高。建立了用於模擬海水靜水壓力能驅動海底靜力觸探桿的試驗台，並進行了室內試驗。該試驗系統能有效模擬海水壓力與海底地層阻力。試驗結果表明，在變化的模擬地層阻力作用下，驅動系統能在不同水深壓力下保持穩定的速度，速度誤差在±10%以內，並且不同工況下系統的靜水壓力能轉換效率均大於80%。試驗結果充分證明了本項目提出的利用海水靜水壓力能驅動海床式靜力觸探桿的可行性並且系統性能比較優越。研究成果不僅有助於實現在深水及超深水環境下高可靠、高效率與低成本的靜力觸探作業，為海洋工程地質勘察及深海海底資源勘探等領域的研究提供技術支撐，還拓展了海水靜水壓力能的套用方法與範圍，為海水靜水壓力能的進一步開發與利用提供了理論基礎。