力矩平衡式海洋石油平臺用水文絞車的制作方法
【專利摘要】本發明屬于海洋環境立體監測領域，具體地說是一種力矩平衡式海洋石油平臺用水文絞車，安裝在海洋石油平臺上，包括底座、支撐架體及力矩平衡式絞聯滾筒組，支撐架體通過底座安裝在海洋石油平臺上，力矩平衡式絞聯滾筒組包括主動的大滾筒及從動的小滾筒，大、小滾筒通過一對齒輪嚙合同步轉動，大滾筒上纏有信號纜的一端，信號纜的另一端連接有觀測設備，小滾筒上纏有承重纜的一端，承重纜的另一端連接重塊，大、小滾筒轉向相反，分別收放信號纜和承重纜，大、小滾筒所受信號纜和承重纜拉力的力矩相平衡。本發明的海洋石油平臺用水文絞車借助力矩平衡和系統能量守恒的原理，以較小的驅動力實現了從海底到海表面的海洋要素立體觀測。
【專利說明】力矩平衡式海洋石油平臺用水文絞車
【技術領域】
[0001]本發明屬于海洋環境立體監測領域，具體地說是一種利用力矩平衡和能量守恒原理，實現對海洋石油平臺附近水文參數(如海流、水文、鹽度等)進行長期、定點、實時、立體監測的力矩平衡式海洋石油平臺用水文絞車。
【背景技術】
[0002]二十一世紀是海洋的世紀，海洋是能源開采的熱點。比如，我國南沙海域的石油儲量豐富，具有油氣開發的良好前景和條件。可以預料，南海儲油區將是今后一個時期，中國海上石油開發的重點。要在海上開采石油，保障海洋石油平臺的安全性，必須對海洋工程設施產生重大作用和影響的海洋環境有充分的了解。實際觀測表明，海洋中對海洋工程設施產生重大作用和影響主要是海洋內波和海流等。海洋石油平臺建設和運行過程中要求掌握這些動態的海洋水文環境變化。
[0003]目前，對石油平臺周邊海洋水文環境變化的監測多采樣在平臺周邊布放潛標，或者在石油平臺上人工吊放設備觀測，潛標觀測很難實現對所有海洋環境要素進行從海面到海底的立體觀測，人工吊放設備費時、費力。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種利用力矩平衡和能量守恒原理，實現對海洋石油平臺附近水文參數(如海流、水文、鹽度等)進行長期、定點、實時、立體監測的力矩平衡式海洋石油平臺用水文絞車。
[0005]本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:
[0006]本發明的水文絞車安裝在海洋石油平臺上，包括底座、支撐架體及力矩平衡式絞聯滾筒組，其中支撐架體通過底座安裝在海洋石油平臺上，所述力矩平衡式絞聯滾筒組包括主動的大滾筒及從動的小滾筒，大滾筒與小滾筒通過一對齒輪嚙合同步轉動，所述大滾筒上纏有信號纜的一端，信號纜的另一端連接有觀測設備，所述小滾筒上纏有承重纜的一端，承重纜的另一端連接重塊，所述大滾筒、小滾筒轉向相反，分別收放信號纜和承重纜，大滾筒與小滾筒所受信號纜和承重纜拉力的力矩相平衡。
[0007]其中:所述大滾筒及小滾筒的兩端均設有連接定位板，兩端的連接定位板之間安裝有多根連接軸、與兩端的連接定位板構成一框架，大滾筒及小滾筒上下容置于該框架內，并分別轉動安裝在所述兩端的連接定位板之間；作為小滾筒軸的絲杠轉動安裝在支撐架體上，作為小滾筒端蓋的絲母與所述絲杠螺紋連接，所述連接定位板與絲母相連，通過絲母與絲杠的螺紋連接實現力矩平衡式絞聯滾筒組在收放纜的同時沿絲杠的軸向往復移動；
[0008]所述大滾筒包括由密封筒及密封連接在密封筒兩端的大滾筒端蓋組成的密封殼體，以及分別設置在該密封殼體內的電機、控制電路板、內支軸、重物擺，其中兩端的大滾筒端蓋的外表面均設有外支軸，該外支軸轉動安裝在所述連接定位板上，任一端的外支軸上固接有大滾筒齒輪；所述內支軸轉動安裝在兩端的大滾筒端蓋上，重物擺懸掛在該內支軸上、并可繞內支軸的軸向中心線擺動；所述電機及控制電路板分別安裝在重物擺上，電機與控制電路板電連接，電機的輸出軸在密封殼體內部的密封空間中轉動，通過傳動裝置驅動整個大滾筒旋轉，將轉動傳遞到大滾筒的外部；
[0009]所述傳動裝置為內嚙合齒輪組，包括齒輪及內齒輪，其中齒輪連接在電機的輸出軸上，內齒輪安裝在密封殼體一側大滾筒端蓋的內表面、并與所述齒輪嚙合；所述電機通過齒輪與內齒輪的嚙合傳動帶動所述大滾筒端蓋、進而驅動整個大滾筒旋轉；
[0010]所述重物擺包括內固定架及電池包，其中內固定架懸掛在所述內支軸上、并可繞內支軸的軸向中心線擺動，所述電池包安裝在內固定架的下部，所述電機及控制電路板分別固接在內固定架的頂部；所述電池包為半圓柱結構，其軸向的中心線與所述內支軸的軸向中心線相平行，在電池包的底部包有增加其重量的鉛墜；所述內固定架頂部在內固定架軸向的兩側均設有托板，所述電機及控制電路板分別固接在內固定架軸向兩側的托板上；所述外支軸通過大滾筒滾動軸承安裝在所述連接定位板上，在大滾筒滾動軸承的外部罩有固接在所述連接定位板上的大滾筒軸承套；
[0011]所述小滾筒筒體兩端分別設有作為小滾筒端蓋的絲母，該絲母通過小滾筒滾動軸承安裝在連接定位板上，在小滾筒滾動軸承的外部罩有固接在所述連接定位板上的小滾筒軸承套；任一端的絲母上固接有小滾筒齒輪；所述作為小滾筒軸的絲杠由小滾筒筒體穿過，分別與兩端的絲母螺紋連接；
[0012]所述支撐架體上設有導軌，兩端的連接定位板的下部均安裝有在導軌上滑動的滑動體；所述支撐架體的上方及下方分別開有上導纜孔及下導纜孔，所述信號纜由上導纜孔穿入、纏繞在大滾筒上，所述承重纜由下導纜孔穿入、纏繞在小滾筒上。
[0013]本發明的優點與積極效果為:
[0014]1.本發明的海洋石油平臺用水文絞車借助力矩平衡和系統能量守恒的原理，以較小的驅動力實現了從海底到海表面的海洋要素立體觀測。
[0015]2.本發明的大滾筒內設有定時驅動機構，實現了以低能耗方式對海洋石油平臺附近海洋動力要素的長期、定時、無人值守的垂直剖面測量，它具有節能、高效和抗生物附著能力強等特點。
[0016]3.本發明是對現有海洋水文絞車的創新性改進，是對海上傳統現場測量方式的有益補充。
[0017]4.本發明借助一大一小兩個絞接在一起的聯動一體式滾筒，根據力矩平衡原理，在大滾筒內部施加一較小的驅動力，則在小滾筒的繞繩上就可以產生較大的拉力，提高了工作效率。
[0018]5.本發明將電機安裝在密封殼體內，電機輸出軸在密封空間內轉動，電機的動密封轉化為靜密封，不受工作環境的影響，增加了密封的可靠性。
[0019]6.本發明由于無需采用動密封，減少了電機輸出軸轉動摩擦消耗的能量，提高了電機驅動的機械效率。
[0020]7.本發明在大、小滾筒收放纜的同時通過絲杠絲母的螺紋連接，可以使大、小滾筒沿絲杠的軸向往復移動，將回收的信號纜或承重纜整齊有序地纏繞在筒體上。
[0021]8.本發明在大、小滾筒沿絲杠的軸向往復移動過程中，通過滑動體與導軌的配合，使得大、小滾筒移動平穩。[0022]9.本發明上、下導纜孔相對自身的支撐架體無位移，可以保證有序地收放信號纜或承重纜。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明的結構示意圖；
[0024]圖2為本發明安裝在海洋石油平臺上的工作狀態圖；
[0025]圖3為圖1中力矩平衡式絞聯滾筒組的內部結構示意圖；
[0026]圖4為圖3的左視圖；
[0027]圖5為圖3中大滾筒的內部結構示意圖；
[0028]圖6為圖5的左視圖；
[0029]圖7為圖5中內固定架的結構示意圖；
[0030]圖8為圖4中導軌的結構示意圖；
[0031]圖9為圖8的左視圖；
[0032]其中:1為觀測設備，2為水文絞車，201為底座，202為重塊，203為承重纜，204為支撐架體，205為信號纜，206為上導纜孔，207為力矩平衡式絞聯滾筒組，208為導軌，209為絲杠，210為下導纜孔,211為小滾筒齒輪,212為緊固螺釘,213為大滾筒齒輪,214為連接定位板，215為連接軸，216為大滾筒，217為連接軸固定螺釘，218為大滾筒軸承套，219為大滾筒滾動軸承，220為圓頭內六角螺釘，221為小滾筒軸承套，222為小滾筒滾動軸承，223為小滾筒，224為絲母，225為滑動體，226為外支軸，227為大滾筒端蓋，228為齒輪，229為電機，230為控制電路板，231為內支軸，232為內軸承，233為密封筒，234為內固定架，235為鉛墜，236為電池包，237為內齒輪，238為托板；3為支架，4為海洋石油平臺。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖對本發明作進一步詳述。
[0034]如圖1、圖2所示，本發明的水文絞車2安裝在海洋石油平臺4上，包括底座201、支撐架體204及力矩平衡式絞聯滾筒組207，其中支撐架體204通過底座201安裝在海洋石油平臺4上，在支撐架體204上設有支架3，支架3的頂部安裝有滑輪。
[0035]如圖3所示，力矩平衡式絞聯滾筒組207包括主動的大滾筒216及從動的小滾筒223，大滾筒216及小滾筒223的兩端均設有連接定位板214，兩連接定位板214之間通過連接軸固定螺釘217固接有多根連接軸215，各連接軸215與兩端的連接定位板214構成一框架，大滾筒216及小滾筒223上下容置于該框架內，兩個滾筒的軸向中心線相平行。小滾筒223筒體兩端均設有作為小滾筒端蓋的絲母224，兩端的絲母224通過小滾筒滾動軸承222分別安裝在兩端的連接定位板214上，使得小滾筒223相對連接定位板214可轉動；在小滾筒滾動軸承222的外部罩有用圓頭內六角螺釘220固接在所述連接定位板214上的小滾筒軸承套221，任一端(本實施例為圖3的左端)的絲母224上還通過緊固螺釘212固接有小滾筒齒輪211 ;作為小滾筒軸的絲杠209由小滾筒223的筒體及兩端的絲母224穿過，并且絲杠209的兩端通過軸承安裝在支撐架體204上，小滾筒223兩端的絲母224與絲杠209螺紋連接。
[0036]如圖3、圖5?7所示，大滾筒216包括密封殼體、電機229、控制電路板231、內支軸232、傳動裝置及重物擺，其中密封殼體包括密封筒230及位于密封筒230兩端的兩個大滾筒端蓋227，密封筒230為圓筒形，兩個大滾筒端蓋227分別通過O形密封圈密封連接在密封筒230的兩端，與密封筒230共同構成一個內部密封的殼體。兩個大滾筒端蓋227的外表面均固接有外支軸226，該外支軸226通過大滾筒滾動軸承219安裝在連接定位板214上，使得整個密封殼體可以轉動；在大滾筒滾動軸承219的外部罩有用圓頭內六角螺釘220固接在所述連接定位板214上的大滾筒軸承套218，任一端(本實施例為圖3的左端)的外支軸226上還通過緊固螺釘212固接有大滾筒齒輪213，該大滾筒齒輪213位于小滾筒齒輪211的同側、并與小滾筒齒輪211相嚙合。
[0037]在密封筒230的內部設有內支軸232，該內支軸232的兩端分別通過內軸承233可轉動地安裝在兩個大滾筒端蓋227的內表面上，內支軸232的軸向中心線與兩個大滾筒端蓋227的中心線、密封筒230的軸向中心線及外支軸226的軸向中心線共線。
[0038]重物擺懸掛在該內支軸232上，重物擺包括內固定架234、鉛墜235及電池包236，內固定架234懸掛在內支軸232上，并可繞內支軸232的軸向中心線擺動。所述電池包236安裝在內固定架234的下部，隨內固定架234 —起繞內支軸232的軸向中心線擺動；電池包236為半圓柱結構，其軸向的中心線與內支軸232的軸向中心線相平行，在電池包236的底部包有鉛墜235，以增加電池包236的重量。內固定架234頂部在內固定架234軸向的兩側均設有托板238，兩個托板238所處高度不高于內支軸232的高度，電機229及控制電路板231分別固接在內固定架234軸向兩側的兩個托板238上，這樣電池包236、鉛墜235及電機229、控制電路板231也可看成是一個懸掛在內支軸232上的重物擺；電機229與控制電路板231 (現有技術)電連接。
[0039]電機229可選用高速無刷電機，對其控制比較容易，并且這種電機的工作壽命較長。電機229的輸出軸在由密封筒230和大滾筒端蓋227組成的密封殼體內部的密封空間中轉動，通過傳動裝置驅動整個大滾筒216旋轉，將電機229輸出軸的轉動傳遞到本發明大滾筒216的外部。傳動裝置為內嚙合齒輪組，包括齒輪228及內齒輪237，其中齒輪228連接在電機229的輸出軸上，內齒輪237固接在任一側大滾筒端蓋227的內表面(本實施例是固接在圖5中靠右側的端蓋內表面)、并與齒輪228嚙合；電機通過齒輪228與內齒輪237的嚙合傳動帶動大滾筒端蓋227、進而驅動大滾筒216旋轉，將轉動傳遞到大滾筒216的外部，實現大滾筒216的驅動功能；旋轉的大滾筒216再通過大滾筒齒輪213與小滾筒齒輪211的嚙合，帶動小滾筒223轉動，在小滾筒223轉動的同時，通過絲母224與絲杠209的螺紋連接，使得力矩平衡式絞聯滾筒組207整體沿絲杠209的軸向往復移動。
[0040]如圖4、圖8、圖9所示，在支撐架體204上設有兩根平行的導軌208，兩端的連接定位板214的下部均安裝有滑動體225 ;當力矩平衡式絞聯滾筒組207整體沿絲杠209的軸向往復移動時，滑動體225在導軌208上滑動，使得力矩平衡式絞聯滾筒組207移動平穩。
[0041]支撐架體204的上方及下方分別開有上導纜孔206及下導纜孔210，信號纜205的一端由上導纜孔206穿入、纏繞在大滾筒216上，另一端繞過支架3上的滑輪、連接有觀測設備I ;承重纜203的一端由下導纜孔210穿入、纏繞在小滾筒223上，另一端連接重塊202。大滾筒216、小滾筒223轉向相反，分別收放信號纜205和承重纜203，觀測設備I的水中拉力通過信號纜205施加在大滾筒216上，重塊202的拉力通過承重纜203施加在小滾筒223上，大滾筒216所受信號纜205拉力與小滾筒223所受承重纜203拉力的力矩相平衡。
[0042]本發明的工作原理為:
[0043]由于大滾筒216所受信號纜205拉力與小滾筒223所受承重纜203拉力的力矩相平衡，沒有驅動力時，兩個滾筒保持靜止；只要給大滾筒216 —個很小的驅動力，就會使力矩平衡式絞聯滾筒組207轉動。大滾筒216上的驅動力是這樣施加的:大滾筒216內的控制電路板231定時(程序預先設定)啟動電源電路，給電機229供電后，啟動電機229工作，當電機229的輸出軸轉動時，輸出軸上的齒輪228就會帶動大滾筒端蓋227上的內齒輪237轉動；由于電池包236 (包括鉛墜235)重力較大，電機229的輸出軸位置幾乎不動，即齒輪228的中心軸位置不動，齒輪228轉動帶動與其嚙合在一起的內齒輪237轉動，進而帶動大滾筒端蓋227轉動；而大滾筒端蓋227與密封筒230和外支軸226是固定在一起的，這樣，電機229的輸出軸轉動就帶動整個大滾筒216轉動，即電機229在密封殼體內部的轉動被傳遞到密封殼體外；若大滾筒216是順時針轉動，會使信號纜205放出，觀測設備I就會下降，直至近海底；大滾筒216逆時針方向轉動時，信號纜205在大滾筒216上繞進，觀測設備I就會上升，直至近海面。觀測設備I在升降過程中進行海水溫鹽深和海流等動力要素測量，從而以低能耗的方式實現了從海底到海表面的海洋要素立體觀測。
[0044]在大、小滾筒216、223收放信號纜205、承重纜203的過程中，由于信號纜205、承重纜203分別經過上導纜孔206和下導纜孔210，無法左右移動，因此在大、小滾筒216、223收放信號纜205、承重纜203的同時，小滾筒齒輪211帶動絲母224轉動，將絲母224與絲杠209的轉動副，變成絲母224帶動力矩平衡式絞聯滾筒組207沿絲杠209軸向的移動副，使得信號纜205、承重纜203整齊并排地纏繞在大滾筒216、小滾筒223的筒體上。
【權利要求】
1.一種力矩平衡式海洋石油平臺用水文絞車，其特征在于:該水文絞車(2)安裝在海洋石油平臺(4)上，包括底座(201)、支撐架體(204)及力矩平衡式絞聯滾筒組(207)，其中支撐架體(204)通過底座(201)安裝在海洋石油平臺(4)上，所述力矩平衡式絞聯滾筒組(207)包括主動的大滾筒(216)及從動的小滾筒(223)，大滾筒(216)與小滾筒(223)通過一對齒輪嚙合同步轉動，所述大滾筒(216)上纏有信號纜(205)的一端，信號纜(205)的另一端連接有觀測設備(1)，所述小滾筒(223)上纏有承重纜(203)的一端，承重纜(203)的另一端連接重塊(202)，所述大滾筒(216)、小滾筒(223)轉向相反，分別收放信號纜(205)和承重纜(203)，大滾筒(216)與小滾筒(223)所受信號纜(205)和承重纜(203)拉力的力矩相平衡。
2.按權利要求1所述的力矩平衡式海洋石油平臺用水文絞車，其特征在于:所述大滾筒(216)及小滾筒(223)的兩端均設有連接定位板(214)，兩端的連接定位板(214)之間安裝有多根連接軸(215)、與兩端的連接定位板(214)構成一框架，大滾筒(216)及小滾筒(223)上下容置于該框架內，并分別轉動安裝在所述兩端的連接定位板(214)之間；作為小滾筒軸的絲杠(209)轉動安裝在支撐架體(204)上，作為小滾筒端蓋的絲母(224)與所述絲杠(209)螺紋連接，所述連接定位板(214)與絲母(224)相連，通過絲母(224)與絲杠(209)的螺紋連接實現力矩平衡式絞聯滾筒組(207)在收放纜的同時沿絲杠(209)的軸向往復移動。
3.按權利要求2所述的力矩平衡式海洋石油平臺用水文絞車，其特征在于:所述大滾筒(216)包括由密封筒(230)及密封連接在密封筒(230)兩端的大滾筒端蓋(227)組成的密封殼體，以及分別設置在該密封殼體內的電機(229)、控制電路板(231)、內支軸(232)、重物擺，其中兩端的大滾筒端蓋(227)的外表面均設有外支軸(226)，該外支軸(226)轉動安裝在所述連接定位板(214)上，任一端的外支軸(226)上固接有大滾筒齒輪(213);所述內支軸(232)轉動安裝在兩端的大滾筒端蓋(227)上，重物擺懸掛在該內支軸(232)上、并可繞內支軸(232)的軸向中心線擺動；所述電機(229)及控制電路板(231)分別安裝在重物擺上，電機(229)與控制電路板(231)電連接，電機(229)的輸出軸在密封殼體內部的密封空間中轉動，通過傳動裝置驅動整個大滾筒(216)旋轉，將轉動傳遞到大滾筒(216)的外部。
4.按權利要求3所述的力矩平衡式海洋石油平臺用水文絞車，其特征在于:所述傳動裝置為內嚙合齒輪組，包括齒輪(228)及內齒輪(237)，其中齒輪(228)連接在電機(229)的輸出軸上，內齒輪(237)安裝在密封殼體一側大滾筒端蓋(227)的內表面、并與所述齒輪(228 )嚙合；所述電機(229 )通過齒輪(228 )與內齒輪(237 )的嚙合傳動帶動所述大滾筒端蓋(227)、進而驅動整個大滾筒(216)旋轉。
5.按權利要求3所述的力矩平衡式海洋石油平臺用水文絞車，其特征在于:所述重物擺包括內固定架(234)及電池包(236)，其中內固定架(234)懸掛在所述內支軸(232)上、并可繞內支軸(232)的軸向中心線擺動，所述電池包(236)安裝在內固定架(234)的下部，所述電機(229 )及控制電路板(231)分別固接在內固定架(234 )的頂部。
6.按權利要求5所述的力矩平衡式海洋石油平臺用水文絞車，其特征在于:所述電池包(236)為半圓柱結構，其軸向的中心線與所述內支軸(232)的軸向中心線相平行，在電池包(236 )的底部包有增 加其重量的鉛墜(235 );所述內固定架(234)頂部在內固定架(234)軸向的兩側均設有托板(238 )，所述電機(229 )及控制電路板(230 )分別固接在內固定架(234)軸向兩側的托板(238)上。
7.按權利要求3所述的力矩平衡式海洋石油平臺用水文絞車，其特征在于:所述外支軸(226)通過大滾筒滾動軸承(219)安裝在所述連接定位板(214)上，在大滾筒滾動軸承(219)的外部罩有固接在所述連接定位板(214)上的大滾筒軸承套(218)。
8.按權利要求2所述的力矩平衡式海洋石油平臺用水文絞車，其特征在于:所述小滾筒(223)筒體兩端分別設有作為小滾筒端蓋的絲母(224)，該絲母(224)通過小滾筒滾動軸承(222)安裝在連接定位板(214)上，在小滾筒滾動軸承(222)的外部罩有固接在所述連接定位板(214 )上的小滾筒軸承套(221);任一端的絲母(224 )上固接有小滾筒齒輪(211);所述作為小滾筒軸的絲杠(209)由小滾筒筒體穿過，分別與兩端的絲母(224)螺紋連接。
9.按權利要求2所述的力矩平衡式海洋石油平臺用水文絞車，其特征在于:所述支撐架體(204)上設有導軌(208)，兩端的連接定位板(214)的下部均安裝有在導軌(208)上滑動的滑動體(225)。
10.按權利要求1所述的力矩平衡式海洋石油平臺用水文絞車，其特征在于:所述支撐架體(204)的上方及下方分別開有上導纜孔(206)及下導纜孔(210)，所述信號纜(205)由上導纜孔(206)穿入、纏繞在大滾筒(216)上，所述承重纜(203)由下導纜孔(210)穿入、纏繞在小滾筒(223)上。
【文檔編號】B66D1/28GK103588136SQ201210290438
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年8月15日 優先權日:2012年8月15日
【發明者】陳永華, 李思忍, 龔德俊, 徐永平, 姜靜波, 倪佐濤, 涂登志 申請人:中國科學院海洋研究所