海底射流式开沟机结构方案设计及试验研究

作     者：赵淮宾 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邹丽

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：射流式开沟机 结构设计 淹没射流 泥沙冲刷 

摘      要：海底缆线是跨洋通讯大动脉,而海底管道是最快捷、最安全和经济可靠的海洋油气运输方式。在恶劣的海洋环境下,无论是通信缆线,还是油气管道,暴露在浅海的海床之上往往更容易受到海水腐蚀、波浪冲击、生物撕咬、船舶抛锚等多种形式的破坏,从而造成巨大的经济损失。为了保证海底管道与缆线的安全和稳定,目前较为普遍的方法是利用开沟机等相关设备将缆线或管道埋入海底。海底射流式开沟机是利用高压水射流将土壤冲蚀破碎,形成沟槽后将管线埋入其中。相比于其它开沟方式,其运动部件少,仅需要较小的拖曳力,不易对管线造成破坏,可靠性比较高,但在整体结构设计方面,往往存在重量大、效率低等问题。本文根据孟加拉湾海域的地质条件以及开沟要求,设计了一款具有轻型结构、可自主推进等特点的海底射流式开沟机,并开展相关的试验研究。首先,针对特定海域的地质条件和工程应用中对海底开出沟形的需求,提出了对海底射流式开沟机的设计要求与研究方案,然后在开沟机概念模型设计内容的基础之上,进行整体结构的设计与改进,并选择各部件材料,开展整体结构稳性相关的理论计算工作。然后,按照1:4的比例对所设计的模型进行缩放,并基于重力相似理论设计出了一套射流式开沟机模型样机的试验方案,建立试验水池并加工、组装试验样机,在组装过程中对样机存在的问题进行修正和改进。最后,根据试验方案分别开展了开沟机极限破土效果验证试验、开沟机自主推进效果验证试验、开沟机参数优化试验、开沟机埋缆效果试验。试验结果表明:所设计的海底射流式开沟机在淹没状态下可实现开沟的同时,并能进行自主推进埋设缆线的工作,验证了开沟机能够满足实际工程中的开沟要求和其在结构上设计的可行性,为推进该型产品的研发进度和实用化提供了相关理论与依据。