CN111156220B - 一种深海无内置动力源应急往复剪缆装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深海无内置动力源应急往复液压剪缆装置，属于海洋深潜探测装备技术领域。装置通过将活塞顶杆、中空活塞杆和顶杆盖构成一种液压缸结构形式，将中空活塞杆、缸尾盖、缸筒、柱塞筒体和柱塞头构成液压增压器结构形式，利用二位二通海水电磁阀和液压开关阀的控制将海水压力转换为内置液压油油压，利用油压作为动力进行剪切，一次剪切完成后可利用海水压力使刀头回复到初始位置，从而实现往复多次剪切缆动作，同时由于装置中采用油水分离设计，可防止主要运动部件被海水生物污损。

Description

一种深海无内置动力源应急往复剪缆装置

技术领域

本发明涉及一种深海应急无内置动力源液压剪缆装置，具体涉及一种深海水下有缆平台(如深海拖体、深海ROV等)设备用无特设动力源的液压应急剪缆装置，该装置可实现往复多次剪切，属于海洋深潜探测装备技术领域。

背景技术

随着海洋工程的发展，大深度水下拖曳系统或深海ROV等作为一种深海探测平台得到了广泛关注，如深海目标搜寻、深海地质勘察、深海环境调查等。一般来讲，因拖拽或供电通信传输需要，此类拖曳系统或深海ROV设备均通过拖曳缆或脐带缆与母船平台进行连接，此类设备往往技术含量高，造价不菲，因此作业后最重要的是能安全回收，但由于海底地质环境复杂恶劣，水下作业时连接电缆极有可能挂结到海底结构物上，导致无法回收设备而造成重大损失，因而，此类设备需搭载一套剪缆释放装置，一旦被挂住，绞车无法将设备拖拽出水时，便利用设备上剪缆装置将拖缆剪断，设备利用正浮力自行浮上水面，再进行打捞，避免造成重大设备损失。

目前，深海脱缆释放方式有以下几种：一是，利用声学释放器将电缆承重头脱开，再利用设备正浮力将特制水密连接件拔开，从而实现拖缆与水下设备分离；二是，利用特制深海液压剪切装置对电缆进行剪切，从而实现电缆与水下设备分离；三是，利用特制深海电动剪切装置对电缆进行剪切，从而实现电缆与水下设备分离；四是，采用一种类似于液压缸的装置，液压缸活塞杆有杆腔与无杆腔两端存在较大面积差，动作时深海海水与液压缸无杆腔通过开关阀进行连通，利用无杆腔与有杆腔面积差来实现剪切动作，使电缆与水下设备分离；以上脱缆释放方式存在以下四个问题：

1、利用声学释放器声学接收单元需在甲板声学单元释放信号覆盖范围内，同时还需要设备上声学接收单元与甲板上声学信号单元之间无遮挡物，如有遮挡物，则设备上声学接收单元极有可能无法正常接收声信号，导致声学释放器不动作，脱缆释放失效；

2、利用深海液压剪切装置剪缆的方式比较有效，而且可进行往复多次剪切，确保拖缆被剪断分离，但往往深海液压剪切装置液压系统较复杂，需专门设置一套液压动力源，重量体积较大，系统可靠性风险将增加，这对水下探测设备轻小型、可靠性设计十分不利；

3、利用深海电动剪切装置剪缆的方式同样存在与液压剪切装置相同的问题，且拖缆一般为铠装电缆，直径较大，根据电动特性，与液压剪切装置比较，剪断同样粗细的铠装电缆体积重量将更大；

4、利用深海海水压力动作的剪切装置无内置动力源，装置可实现轻小型化，但该类装置一般需要海水与液压缸内部连通，属于海水液压范畴，对装置用材等有较高要求，结构内部主要运动部件易被海水生物污损，同时此类装置仅能通过海水压力实现一次剪切动作，不具备往复多次剪切功能，可靠性较差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种深海无内置动力源应急往复液压剪缆装置，能够在电磁阀控制下将海水压力转换为内置液压油油压，利用油压作为动力进行剪切，一次剪切完成后可利用海水压力使刀头回复到初始位置，可实现往复多次剪切缆动作，同时由于装置中采用油水分离设计，可防止主要运动部件被海水生物污损。

一种深海无内置动力源应急往复液压剪缆装置，该装置包括中空活塞杆、顶杆压缩弹簧、缸头盖、活塞杆压缩弹簧、缸筒、活塞顶杆、顶杆盖、缸尾盖、柱塞筒体、柱塞头、二位二通海水电磁阀、海水阀座、液压阀座和液压开关阀；

所述中空活塞杆、缸头盖、缸筒和缸尾盖组成液压缸组件，中空活塞杆被活塞杆压缩弹簧挤压到缸尾盖端部位置静置，中空活塞杆与缸头盖之间形成的密闭腔室内充满油液；密闭腔室通过孔道与安装在液压阀座上的油箱相通，液压开关阀控制孔道的通断；所述顶杆压缩弹簧和活塞顶杆置于中空活塞杆内，顶杆盖套装在活塞顶杆的顶杆上并与中空活塞杆的活塞端面固联；柱塞筒体与缸尾盖固联，柱塞头置于柱塞筒体内，活塞顶杆的顶杆伸入到柱塞筒体内，活塞顶杆的顶杆头通过顶杆压缩弹簧顶压柱塞头，初始状态时，柱塞头被弹簧力顶到柱塞筒体端部静置；柱塞头、中空活塞杆、缸筒、缸尾盖构成液压增压器结构形式；

所述海水阀座套装在中空活塞杆上并与缸头盖固联，海水阀座与中空活塞杆之间形成密闭腔室，密闭腔室与中空活塞杆的中空腔室相通，密闭腔室通过孔道分别与安装在海水阀座上的储水罐和外部海水贯通，二位二通海水电磁阀控制孔道的通断。

进一步地，所述二位二通海水电磁阀和液压开关阀分别通过海水阀密封罩和液压阀密封罩进行隔水密封，密封罩上均设置水密连接器组件与外部的控制端连接。

进一步地，所述活塞顶杆、中空活塞杆和顶杆盖构成液压缸结构形式，其中无杆腔内的介质为海水，有杆腔内的介质为空气。

进一步地，所述中空活塞杆、缸尾盖、缸筒、柱塞筒体和柱塞头构成的液压增压器结构形式中，所构成腔体相对外部环境为密封腔体，且无油路与其他结构相通，腔体内介质为液压油。

进一步地，所述海水阀座与中空活塞杆之间形成密闭腔室与中空活塞杆的中空腔室通过中空活塞杆上的过孔相通。

进一步地，所述海水阀座与中空活塞杆之间形成密闭腔室宽度为L1，所述活塞顶杆活塞头端面到过孔的距离为L2，中空活塞杆的行程为L3，柱塞头的行程为L4，上述参数的对应关系是：L2>L4>L1>L3。

有益效果：

本发明利用中空活塞杆、缸尾盖、缸筒、柱塞筒体和柱塞头形成了液压增压器的结构形式，将外界水压转换为油压，通过液压电磁阀控制进而推动中空活塞杆进行剪切动作；一次剪切完成后，通过海水电磁阀控制，外界水压推动活塞顶杆，继而推动柱塞头，同时外界水压推动中空活塞杆有杆端，使装置运动部件回复到初始位置。通过上述过程，装置可实现反复多次剪切动作，另外，由于上述结构进行了油水液压分离，能够防止主要运动部件被海水生物污损，延长了装置的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的轴测图；

图2是本发明结构主视图；

图3是本发明结构俯视图；

图4是图2结构A向剖视示意图；

图5是图3结构B向剖视示意图；

图6是本发明各腔室、孔道等指示说明示意图；

图7是本发明功能实现运动过程示意图。

其中，1-刀架、2-中空活塞杆、3-顶杆压缩弹簧、4-缸头盖、5-活塞杆压缩弹簧、6-缸筒、7-活塞顶杆、8-顶杆盖、9-缸尾盖、10-柱塞筒体、11-柱塞头、12-海水阀密封罩、13-二位二通海水电磁阀、14-水密连接器组件、15-水管、16-储水罐、17-海水阀座、18-油管、19-液压阀座、20-液压开关阀、21-储油罐、22-水密连接器组件、23-液压阀密封罩。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种深海无内置动力源应急往复液压剪缆装置，外形结构如附图1-3所示，装置包括刀架1、中空活塞杆2、顶杆压缩弹簧3、缸头盖4、活塞杆压缩弹簧5、缸筒6、活塞顶杆7、顶杆盖8、缸尾盖9、柱塞筒体10、柱塞头11、海水阀密封罩12、二位二通海水电磁阀13、水密连接器组件14、水管15、储水罐16、海水阀座17、油管18、液压阀座19、液压开关阀20、储油罐21、水密连接器组件22和液压阀密封罩23。

如图4、5所示，中空活塞杆2、缸头盖4、缸筒6以及缸尾盖9组成液压缸组件，初始状态时，中空活塞杆2被活塞杆压缩弹簧5挤压到缸尾盖9端部位置静置；海水阀座17套装在中空活塞杆2上，并通过螺钉与缸头盖4固联在一起，插装式二位二通海水电磁阀13安装在海水阀座17上，二位二通海水电磁阀13通过海水阀密封罩12进行隔水密封，水密连接器组件14与控制端连接；活塞顶杆7内置于中空活塞杆2内，顶杆盖8套装在活塞顶杆7的顶杆上，同时顶杆盖8与中空活塞杆2的活塞端面固联一起，使中空活塞杆2内中空部分结构构成液压缸结构形式；柱塞筒体10通过螺栓与缸尾盖9固联在一起，柱塞头11置于柱塞筒体10内，活塞顶杆7的顶杆伸入到柱塞筒体10内，活塞顶杆7的顶杆头通过顶杆压缩弹簧3顶压柱塞头11，初始状态时，柱塞头11被弹簧力顶到柱塞筒体10端头位置静置；柱塞头11、中空活塞杆2、缸筒6、缸尾盖9构成液压增压器结构形式；液压阀座19与缸筒6固联，插装式液压开关阀20安装在液压阀座19上，液压开关阀20通过液压阀密封罩23进行隔水密封，水密连接器组件22与控制端连接。

海水阀座17内部设置孔道，其中孔道1与外界海水相通，孔道2通过水管15与一定容积储水罐16连通，二位二通海水电磁阀13给电后可控制孔道1与孔道3连通，同时孔道2与孔道3断开，初始状态时，孔道2与孔道3常通，孔道1与孔道3断开。海水阀座17与中空活塞杆2形成密封腔室1，孔道2与腔室1连通；

中空活塞杆2与活塞顶杆7及顶杆盖8形成密封腔室2与腔室4，其中腔室2通过孔道4与腔室1连通，腔室4内仅密封常压空气；

液压阀座19内部设置孔道，其中腔室3通过油管18、孔道5、液压开关阀20及孔道6与一定容积储油罐21连通，初始状态时，液压开关阀20为常闭状态，即腔室3与储油罐21断开，一旦液压开关阀20得电开启，则腔室3与储油罐20连通；腔室5与腔室6相通；各腔室相对外部环境均为密封。

装置初始状态时，各零部件初始位置如图5所示，初始时，一定容积储水罐16空置；储油罐21内为液压油，且储油罐21含一定体积低压空气，以便于液压油自由进出；腔室1、腔室2内为海水，腔室1、腔室2与储水罐16连通，压力几乎为零；腔室3、腔室5和腔室6内充满液压油，腔室4内密封一定体积常压空气。如图2所示，待剪电缆置于刀架1过缆孔中，各电磁阀初始状态如前文所述。

深海剪缆过程：剪缆时控制液压开关阀20得电，使腔室3与储油罐21连通，此时腔室3内压力几乎为零；在深海海水压力作用下，活塞头11将腔室6中油液推向腔室5，由于中空活塞杆2无杆腔活塞截面积远大于活塞杆截面积，且在柱塞头11、中空活塞杆2、缸筒6、缸尾盖9构成的液压增压器的作用下，使得中空活塞杆2无杆端推力远大于其有杆端受海水压力形成的反推力，由此，中空活塞杆2开始与柱塞头11作同方向伸出运动进行剪缆，直到中空活塞杆2被缸头盖4限位后停止，此时则完成一次剪缆动作。在中空活塞杆2剪缆运动同时，由于腔室1、腔室2中压力几乎为零，柱塞头11也将推动活塞顶杆7进一步压缩顶杆压缩弹簧3一起运动。剪缆过程中，孔道4始终在腔体1内移动；腔室3中油液将经过油管18、孔道5与液压开关阀20及孔道6回储油箱21，腔室2中部分海水经过孔道4、腔室1、孔道3、二位二通海水电磁阀13、孔道2及水管15回储水罐16。剪缆动作完成后装置各部件位置状态如图7所示。

回复初始状态过程：在剪缆过程完成后，液压开关阀20继续持续开启状态，为使中空活塞杆2回复到初始位置，此时只需打开二位二通海水开关阀(13)即可，使腔室1、腔室2与外界海水连通，由于活塞顶杆7无杆端截面积大于柱塞头11截面积，海水压力将推动活塞顶杆7作反向运动，同时活塞顶杆7将推动柱塞头11作同向移动，直至活塞头11回复到初始位置停止，活塞头11运动同时，腔室5、腔室6中油压将卸掉，中空活塞杆2有杆端在外界海水压力作用下也将被推回至初始位置，装置回复到初始状态如图5所示。

通过以上腔室孔道设置实现油水分离，使中空活塞杆2等主要油压运动部件不被海水生物污损，提高动作可靠性，同时重复以上两个过程可实现刀头往返多次剪缆运动。

如图6中所示，L1为腔体1宽度，L2为活塞顶杆7活塞头端面到孔道4的距离，L3为中空活塞杆2行程，L4为柱塞头11行程，为实现以上过程，以上各参数对应关系是：L2>L4>L1>L3。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种深海无内置动力源应急往复液压剪缆装置，其特征在于，该装置包括中空活塞杆、顶杆压缩弹簧、缸头盖、活塞杆压缩弹簧、缸筒、活塞顶杆、顶杆盖、缸尾盖、柱塞筒体、柱塞头、二位二通海水电磁阀、海水阀座、液压阀座和液压开关阀；

所述中空活塞杆、缸头盖、缸筒和缸尾盖组成液压缸组件，中空活塞杆被活塞杆压缩弹簧挤压到缸尾盖端部位置静置，中空活塞杆与缸头盖之间形成的密闭腔室内充满油液；密闭腔室通过孔道与安装在液压阀座上的油箱相通，液压开关阀控制孔道的通断；所述顶杆压缩弹簧和活塞顶杆置于中空活塞杆内，顶杆盖套装在活塞顶杆的顶杆上并与中空活塞杆的活塞端面固联；柱塞筒体与缸尾盖固联，柱塞头置于柱塞筒体内，活塞顶杆的顶杆伸入到柱塞筒体内，活塞顶杆的顶杆头通过顶杆压缩弹簧顶压柱塞头，初始状态时，柱塞头被弹簧力顶到柱塞筒体端部静置；柱塞头、中空活塞杆、缸筒、缸尾盖构成液压增压器结构形式；

所述海水阀座套装在中空活塞杆上并与缸头盖固联，海水阀座与中空活塞杆之间形成密闭腔室，密闭腔室与中空活塞杆的中空腔室相通，密闭腔室通过孔道分别与安装在海水阀座上的储水罐和外部海水贯通，二位二通海水电磁阀控制孔道的通断；所述海水阀座与中空活塞杆之间形成密闭腔室宽度为L1，所述活塞顶杆活塞头端面到过孔的距离为L2，中空活塞杆的行程为L3，柱塞头的行程为L4，上述参数的对应关系是：L2>L4>L1>L3。

2.如权利要求1所述的深海无内置动力源应急往复液压剪缆装置，其特征在于，所述二位二通海水电磁阀和液压开关阀分别通过海水阀密封罩和液压阀密封罩进行隔水密封，密封罩上均设置水密连接器组件与外部的控制端连接。

3.如权利要求1或2所述的深海无内置动力源应急往复液压剪缆装置，其特征在于，所述活塞顶杆、中空活塞杆和顶杆盖构成液压缸结构形式，其中无杆腔内的介质为海水，有杆腔内的介质为空气。

4.如权利要求3所述的深海无内置动力源应急往复液压剪缆装置，其特征在于，所述中空活塞杆、缸尾盖、缸筒、柱塞筒体和柱塞头构成的液压增压器结构形式中，所构成腔体相对外部环境为密封腔体，且无油路与其他结构相通，腔体内介质为液压油。

5.如权利要求4所述的深海无内置动力源应急往复液压剪缆装置，其特征在于，所述海水阀座与中空活塞杆之间形成密闭腔室与中空活塞杆的中空腔室通过中空活塞杆上的过孔相通。

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