第33卷第1期 2016年2月
江苏船舶 JIANGSU SHIF
Vol.33No.1 Feb.2016
天然气水合物样品转移装置卡爪机构设计
温明明，刘俊波’，耿雪樵，肖波，刘方兰，盛堰（1.广州海洋地质调查局，广东广州510075;2.浙江大学海洋学院，浙江舟山316021）
摘要：样品转移卡爪是天然气水合物保压转移装置的重要关键部件，其功能是实现在维持内压的情况下抓取并移动天然气水合物样品管。基于降低对样品的扰动、提高抓取及脱离样品管的成功率等因素考虑，提出一种结构精巧的样品管抓取的卡爪机械结构，并对关键部件进行受力分析。实验表明，该样品管卡爪机构能够有效
抓取及脱离样品管，该设备研制成功加快了样品转移装置研制的进展。关键词：天然气水合物；保压转移；卡爪；结构设计；结构分析
中图分类号：P742 0引言
文献标志码：A
保压转移装置机构及工作原理 1
天然气水合物是一种优质高效的燃料。据理论计算，1m饱和天然气水合物在标准条件下可释放出150~200m的甲烷气体，是其他非常规气源岩（诸如煤层气、黑色页岩）能量密度的10倍、常规天然气能量密度的2~5倍1]。我国南海和东海的天然气水合物储量丰富，研究及实现天然气的有效采集，对我国具有巨大的经济及战略意义。
天然气水合物稳定存在于一定的低温高压条件下。当开采岩心提升到常温常压的海面时，其中含有的天然气水合物组分会全部或大部分分解，达不到原位勘探目的(2)。在"十五”、“十一五"863计划支持下，我国现有的深海沉积物采样器可以在深海取到天然气水合物样品并进行保压[3-5]。为了更好研究天然气水合物的物理性质，样品在由甲板转移到实验室的过程中需要全程保压，但是这一技术的提供主要由国外公司垄断，国内暂无保压转移的设备，关键环节的缺乏导致研究效果不理想。
课题组目前正在研制海底天然气水合物保压样品转移装置，其中与保压取样器样品管对接的样品管抓取装置就是本课题的关键研制内容之一。本文提出了一种带压下的抓取样品管的卡爪机构，其结构小巧，可嵌人样品管内，抓取、脱离样品管时快速可靠，通过对卡爪机构的有限元分析，并结合卡爪样
品管及拉管试验，验证了卡爪的抓取能力。收稿日期：2015-10-28
基金项目：国家"863"高科技计划资助项目(2013AA092503）
作者简介：温明明（1976一），男，高级工程师，主要从事海洋地质和
海洋物探。万方数据
1.1保压转移装置机构组成
保压转移装置机构示意图如图1所示。保压转移装置由样品抓取及推送单元、切割及卡紧单元、球阀、声波检测单元、保压取样器依次连接而成。
长量球间！、
群邀都悠及
保压取样器
声波检测单元
图1保压转移装置机构示意图
2样品保压转移实现过程 1.2
(1)对接过程：取样器与深海沉积物保压取样转移装备对接，此时球阀均处于关闭状态，系统进行加压，系统压力平衡后，打开球阀。
(2)抓取过程：卡爪机构依次穿过切割及卡紧单元、声波检测单元进人取样器，卡牢样品管。
（3)切割过程：卡爪机构带动样品管穿过切割及卡紧单元，在外置电机的作用下，刀头由外而内切割样品管。
（4)取样器脱离过程：切割剩余的样品管被顶回取样器后，卡爪机构后退回样品抓取及推送单元关闭球阀，将取样器与保压转移装置分离，完成样品保压转移。
2样品管卡爪机构及工作原理 2.1卡爪机构设计
卡爪机构主要功能是抓取样品管并进行回拉，在达到位置后实现自动脱扣，保证样品管进人保压