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深海工程技術(shù)

深海工程技術(shù)

深海資源開(kāi)發(fā)研究室

研究室簡(jiǎn)介

　　鑒于深海資源開(kāi)發(fā)技術(shù)的重大意義，中國(guó)科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所于2014年成立了深海資源開(kāi)發(fā)技術(shù)研究室，圍繞國(guó)家海洋戰(zhàn)略需求，開(kāi)展深海礦藏資源（包括油氣、天然氣水合物及多金屬礦產(chǎn)資源）的探測(cè)與開(kāi)采技術(shù)、深海地質(zhì)工程評(píng)價(jià)等方面研究并研制深海資源探測(cè)和地質(zhì)勘查裝備。研究室已建成包括一名美籍正高級(jí)工程師（來(lái)自美國(guó)伍茲霍爾海洋研究所）在內(nèi)的22人研究團(tuán)隊(duì)。其中包括4名研究員/正高級(jí)工程師，3名高級(jí)工程師，15名工程師及助理工程師。研究室承擔(dān)了多項(xiàng)中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)、中國(guó)科學(xué)院重點(diǎn)部署項(xiàng)目、知識(shí)創(chuàng)新工程領(lǐng)域前沿項(xiàng)目、海南省重大科技項(xiàng)目及國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的研究課題，已研制成功具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的深海浮游式移動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)、深海底爬行式移動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)、深海底工程地質(zhì)原位測(cè)試裝置、深海底鈷結(jié)殼規(guī)模化取樣裝置以及深海多功能抓斗等。

研究成果介紹

　　1、深海浮游式移動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)（ROV）?

　　深海浮游式移動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)，最大工作水深4500米，空氣中重量4噸，有效載荷200kg，外形尺寸：3.36m×2.12m×2.35m（長(zhǎng)×寬×高），具有2臺(tái)250kgf的液壓推進(jìn)器和4臺(tái)200kgf的電動(dòng)推進(jìn)器，具有2臺(tái)7功能作業(yè)機(jī)械手，全臂展時(shí)持重能力91kg。深海浮游式移動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)是針對(duì)深海科考的實(shí)際需求，以科學(xué)考察為主要作業(yè)任務(wù)的通用平臺(tái)。該平臺(tái)結(jié)合目前常用的無(wú)人潛水器ROV的技術(shù)特點(diǎn)，在深海復(fù)雜底質(zhì)情況下根據(jù)作業(yè)任務(wù)的需求移動(dòng)至目標(biāo)作業(yè)點(diǎn)，并提供強(qiáng)大的支撐力和穩(wěn)定的作業(yè)平臺(tái)，可完成多樣化的作業(yè)任務(wù)。平臺(tái)具備豐富的電氣、液壓、通訊接口，方便搭載各種作業(yè)工具及模塊，開(kāi)展深海科學(xué)考察和工程作業(yè)等。?

　　2、深海底爬行式移動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)?

　　深海底爬行式移動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)，最大工作水深4500米，空氣中重量3.7噸，水中重量2.3噸，外形尺寸：4.4m×3.5m×2.5m（長(zhǎng)×寬×高），最大越障高度200mm，最大爬坡能力≥15°，行駛速度≥0.52m/s，裝機(jī)容量80kW。深海底爬行式移動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)為海底重型作業(yè)任務(wù)設(shè)計(jì)，能夠搭載巖石破碎頭、鉆機(jī)、鏈?zhǔn)角懈睢C(jī)械手等模塊，完成海底行走、巖石破碎、挖溝和巖石樣本采集等作業(yè)任務(wù)。平臺(tái)主要采用鈦合金、鋁合金、塑料等輕質(zhì)材料，系統(tǒng)具有豐富的電氣接口、液壓接口、機(jī)械接口，并搭載多種攝像機(jī)照明燈，能夠?qū)崿F(xiàn)多角度高清實(shí)時(shí)監(jiān)控。平臺(tái)采用大離去角和接近角履帶行走機(jī)構(gòu)和平衡懸掛結(jié)構(gòu)，具有復(fù)雜地形的行走和越障能力。?

　　3、深海分體式電視抓斗?

　　深海分體式電視抓斗用于可視化抓取深海底巖石樣品，最大工作水深6000米，空氣中重量3.7噸，水中重量2.9噸，最大取樣區(qū)域1.7m*1.2m，最大取樣體積2.6m3，分體式設(shè)計(jì)使得裝置電氣籃和斗體解耦，保證抓斗能夠在三級(jí)海況以內(nèi)順利進(jìn)行海上作業(yè)。電視抓斗參加“探索一號(hào)”TS09航次，在馬里亞納海溝弧后張裂區(qū)域成功完成8個(gè)站位海底巖石可視化抓取，獲取大量海底巖石樣品，最大作業(yè)深度3535米。由于取樣靈活，操作簡(jiǎn)單可靠，具備一定市場(chǎng)潛力，該分體式電視抓斗已完成成果轉(zhuǎn)化。?

　　4、深海工程地質(zhì)原位測(cè)試裝置?

　　深海工程地質(zhì)原位測(cè)試裝置主要用于測(cè)量海底沉積物的力學(xué)參數(shù)，通過(guò)分析處理所獲得的原始數(shù)據(jù)可以計(jì)算出作業(yè)海區(qū)的沉積物貫入阻力、側(cè)壁摩擦力、孔隙水壓力和剪切強(qiáng)度等工程地質(zhì)參數(shù)，為海洋工程施工提供基礎(chǔ)參數(shù)支撐，該裝置于2019年8月完成南海海試驗(yàn)證。裝置最大工作水深6000米，空氣中重量3噸，水下重量2.7噸，其中最大靜力觸探推進(jìn)力100KN，觸探推進(jìn)速度15~25mm/s可調(diào)，自主研發(fā)的系列數(shù)字化靜力觸探探頭工作穩(wěn)定可靠，傳感數(shù)據(jù)已完成深海標(biāo)定；剪切模塊最大剪切深度1m，最大量程范圍可達(dá)300Kpa；裝置還包括電氣監(jiān)控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和配套觀通系統(tǒng)，配置多個(gè)傳感器接口。

　　5、深海富鈷結(jié)殼規(guī)模采樣車?

　　深海富鈷結(jié)殼規(guī)模采樣車設(shè)計(jì)深度4500m，裝置長(zhǎng)4.3m，寬2.3m，高1.6m，空氣中重量4.1噸，水中重量3.0噸，裝機(jī)容量80kW，每小時(shí)完成500kg富鈷結(jié)殼礦物的剝離、破碎和收集。該裝置于2018年4月在南海海域2500m水深開(kāi)展了海上試驗(yàn)，并獲取富鈷結(jié)殼礦石樣品，驗(yàn)證了深海富鈷結(jié)殼采樣裝置的作業(yè)功能，包括布放回收時(shí)自動(dòng)定向功能、海底行走功能、海底礦石破碎收集功能力，在極端復(fù)雜海底地形中具備作業(yè)能力。

　　6、深海紫外激光拉曼光譜儀?

　　完成深海7449m海試，成為世界上工作深度最深的激光拉曼儀器，可在深海開(kāi)展原位觀測(cè)試驗(yàn)及研究。同時(shí)還研發(fā)出來(lái)全海深可用的可重復(fù)使用的充電鋰電池，玻璃視窗的耐壓及密封、拉曼光譜儀監(jiān)控及分析軟件、控制系統(tǒng)方面等技術(shù)成果。該儀器具備非常廣闊的應(yīng)用前景，可用于深海礦物、深海化合物、深海生物方面開(kāi)展原位試驗(yàn)研究。

　　另外還研發(fā)一套紫外激光拉曼光譜儀，于2018年6月27日在加拿大海底觀測(cè)網(wǎng)(Ocean Networks Canada,ONC) Endeavour節(jié)點(diǎn)成功聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。通過(guò)加拿大Tully調(diào)查船和ROV ROPOS將設(shè)備布放到一處低溫?zé)嵋嚎冢_(kāi)展長(zhǎng)期低溫?zé)嵋嚎谏锏厍蚧瘜W(xué)過(guò)程監(jiān)測(cè)和原位實(shí)驗(yàn)。

　　7、深海通用元器件研發(fā)?

　　在開(kāi)發(fā)大型深海資源開(kāi)發(fā)裝備的同時(shí)，為解決許多深海常用元器件依賴進(jìn)口，成本高，周期長(zhǎng)等現(xiàn)象，自主研發(fā)多種深海常用的元器件，包括照明燈、閃光燈，模擬攝像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、SDI攝像機(jī)、高清相機(jī)、云臺(tái)、旋轉(zhuǎn)編碼器、磁控開(kāi)關(guān)、鋰電池池等，這些元器件安裝在深海裝備上，經(jīng)過(guò)多次深海試驗(yàn)驗(yàn)證，完全可以取代國(guó)外進(jìn)口裝備，部分元器件的最大工作水深達(dá)到11000米。下圖中是目前研發(fā)的多種深海通用元器件。