海底冲射式开沟机技术进展.pdf

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1、第４３卷第３期船海工程Ｖｏｌ．４３　Ｎｏ．３２０１４年６月ＳＨＩＰ＆ＯＣＥＡＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＪｕｎ．２０１４ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１-７９５３．２０１４．０３．０４４海底冲射式开沟机技术进展张树森，汪淳，葛彤（上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海２００２４０）摘要：总结已有的冲射式开沟机，包括冲射式开沟滑撬、自推进爬行开沟机、开沟型ＲＯＶ和非接触式控流开沟机的技术特点，认为冲射式开沟滑撬技术门槛和成本较低，适合在近海浅水区域作业，而自推进爬行开沟机和开沟型ＲＯＶ则适

2、合深水区的开沟作业，非接触式控流开沟机适应性最广，几乎可以在所有水深和除基岩外的所有地质状况下工作。新型海底开沟机将向着智能化、大型化、宽适应性和高效率几个发展方向。关键词：海底冲射开沟机；自推进爬行开沟机；开沟型ＲＯＶ；非接触式控流开沟机中图分类号：Ｕ６７４．３４　　　　文献标志码：Ａ文章编号：１６７１-７９５３（２０１４）０３-０１７６-０７的水泵，射流抽吸泵排泥代替气举排泥，而母船仅１　已有冲射式开沟机仅提供电力和拖力，从而形成了目前冲射式滑撬1．1冲射式开沟滑撬的形式，具体结构见图１。１９４

3、６年ＳａｍｙＣｏｌｌｉｎｓ制造了世界上第一台高压水冲射开沟滑撬，并在墨西哥湾埋设了第一条海底石油管线。从此冲射式开沟滑撬蓬勃发展，得到广泛应用。此种类型的开沟机主要由喷冲系统、抽吸系统、机架组成。最初的冲射式开沟滑撬动力单元全部安装在母船甲板上，包括高压水泵和空气压缩机，滑撬的行走主要靠母船的拖动。其主要工作原理是预先将管道铺设在海底，冲射式滑撬骑跨在管道上，开沟机本身的重量主要通过两侧的滑撬传递到海底，管道不对滑撬提供支图1冲射式滑撬结构示意撑力。开沟时，母船通过钢缆拖动滑撬沿着管道冲射式开沟滑撬

4、结构简单容易制造，成本相前进，并通过橡胶软管将高压水输送到滑撬上的对低廉，适合在水深小于３００ｍ区域作业，目前在喷冲臂上，用高压水射流将海底土质破碎或者液世界上很多国家仍然在使用。化，然后同样利用橡胶软管将压缩空气输入到抽1．2自推进爬行开沟机吸臂中，利用气体上升的浮力带动泥浆，从而将泥石油管线埋设进入深水区后，冲射式开沟滑浆排出沟外形成沟槽。撬需要的缆绳越来越长，给施工作业带来很大不随着石油开采进入更深的水域，埋设管线时便，此时出现自推进爬行开沟机。它自身安装履需要的高压水和压缩空气的输送软管长度

5、越来越带，通过液压系统驱动履带推动开沟机前进，目前长，尤其是输送高压空气需要首先克服海水的压应用的深水开沟机，大多采用此种形式。此类开［３］力，效率大大降低。此时工程师们对冲射式滑沟机构造相对复杂，自身重量也较大，除水面动力撬进行了较大的改进，采用潜水泵代替了甲板上与控制系统外，它主要由履带行走系统、喷冲系统、抽吸系统、开沟机底盘、动力单元以及各类传感器组成，通过安装机械式破碎工具，还可以开凿收稿日期：２０１３－１２－０３修回日期：２０１４－０１－０８坚硬的海底地层。目前具有代表性的产品主要有第一作

6、者简介：张树森（１９８５－），男，博士生。以下几种。研究方向：船舶与海洋工程总部位于巴黎的Ｎｅｘａｎｓ公司生产的ＳｐｉｄｅｒE-mail：ｚｈａｎｇｓｈｕｓｅｎ１１９＠１２６．ｃｏｍ系列开沟机发展早，技术成熟，目前已经埋设了超１７６海底冲射式开沟机技术进展———张树森，汪淳，葛彤过６０００ｋｍ的管线。Ｓｐｉｄｅｒ系列开沟机是从瑞士它的运动是由一个特殊的布放和回收系统丛林机械改造而来，它结构灵巧而具有很高的强（ＬＡＲＳ）控制，脐带用来提供电力和控制信号，在度，基于这种底盘，Ｎｅｘａｎｓ开发了多种开沟机

7、，包刚下水时，操纵者可以通过水下相机监控Ｓｐｉｄｅｒ括Ｓｐｉｄｅｒｔｅｒｒａｉｎｄｒｅｄｇｅｒｓｙｓｔｅｍ（地形平整系统）和的动作，当开始工作后水下能见度变低，则通过一ＳｐｉｄｅｒＣａｐｊｅｔ。见图２。个３Ｄ软件操纵，传感器被安装在各个传感器关节上，声学传感器网络安装在海底，海底的３Ｄ模型不断在人机交互界面上显示。２００４年地形平整系统在挪威ＯｒｍｅｎＬａｎｇｅ气田投入使用，它在３０°的陡坡上工作，最多每天开３凿多达１００ｍ的土体，沟槽的最大深度４ｍ。ＳｐｉｄｅｒＣａｐｊｅｔ主要用于埋缆，长８ｍ、宽

8、４ｍ、高２．５ｍ，总重１４．５ｔ，主要靠螺旋桨推动。Ｃａｐｊｅｔ功率强劲，１１０ｋＷ的液压泵站２台，４．４ｋＷ的液压泵站１台，以驱动１０只螺旋桨。喷冲系统配有两台４２０ｋＷ的水泵，喷射压力１畅０～１畅６ＭＰａ，它带有前后２个喷冲臂，前喷冲臂主要是２个喷管，为电缆进行预开沟，再由后面的喷冲臂将沟槽开到预定深度。最早它是被用来在浅水区埋设电缆，后来经过不断改进，１９９９年形成了现在的Ｃａｐｊｅｔ开沟机。图2Nexans公司Spider系列开沟机ＳＭＤ（ＳｏｉｌＭａｃｈｉｎ