CN101327838A - 水下释放器 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种水下释放器。由电动部分、触发机构、储能机构、减速机构、双向溢流机构、动密封传动机构和释放臂构成；电动部分位于耐压舱内，耐压舱的下底板上连接隔离舱共同围成海水隔离舱段；海水隔离舱段安装有双向溢流机构；触发机构、储能机构和减速机构都设置在海水隔离舱段内。本发明采用两块“U”形磁钢相配合的设计，最大触发动力接近它们之间引力与斥力之标量和；利用平面涡卷弹簧储能，齿轮组减速，能提供较大的释放动力；通过双向溢流设计构建海水隔离舱，避免海水冲击和海洋生物的不利影响；利用旋转脱钩机构，使释放器能有更大的承载力。本发明不但水密可靠性更好，而且可以在水下长期工作，也不必更换部件。

Description

水下释放器

(一)技术领域

本发明涉及的是声学释放器的机械部分。

(二)背景技术

声学释放器一般由两部分组成，即电子部分和机械部分。电子部分包括用于声电转换的水声换能器部分和用于电信号整形、检测的电路部分。机械部分在电路部分的控制下执行释放动作。本发明属于声学释放器的机械部分。

人们对水下声学释放器的研究已有很长的历史，在一些国外知名的水下设备研制公司也有型号产品出售。现有的声学释放器按工作原理不同大体可以划分为四种类型：爆炸式、熔断式、机械传动式和磁动式。

爆破式释放器工作原理简单，容易实现。但爆破式释放器存在致命缺点：在释放器使用过程中，操作人员和待回收设备都存在严重的安全问题；此外，爆破式释放器每次都要更换爆损部件，有耗材成本且操作不便。基于以上原因自20世纪80年代后，国外几乎没有爆破式释放器的相关发明出现。

熔断式有两种，一种是电加热熔断，一种是依靠海水的电化学腐蚀熔断。其中以后者较多见，且有产品。但由于用于提供电能的阴、阳电极必须相互绝缘地穿出耐压舱，而在耐压舱使用金属材料时，高压水密且保证电极间绝缘很难同时实现。此类释放器经常使用非金属耐压壳，因此也就决定了它们只能适用于浅海，且承载力受限。此外，每次释放都要更换熔断部件，增加操作复杂度，且由于熔断丝的个体差异以及更换过程中的操作差异，都会降低释放器的整体可靠性。加之，熔断过程要花费几分钟，或更长的时间，因此不能实现实时释放，且电化学腐蚀熔断不能适于淡水情况。正是基于以上多种原因熔断式释放器一直未能成为释放器的主流。

机械传动式释放器在设计上的共同特点是：以安装在耐压舱内的电动马达作为动力源，再采用某种形式减速后，将动力传送到耐压舱外，然后通过某种形式的触发机构，使传送出来的机械运动能够实现释放动作。在整个设计中，如何实现在高压环境下传动轴或杆的径向动密封是最大的技术难点。国外，尤其是美国的一些生产水下声学释放器的知名公司应该在某种程度上解决了这一问题，但其实现必然依赖于非常高的加工工艺和特殊材料。高可靠动密封的技术难度大，实现成本高，且后期维护保养复杂，在使用前密封性能测试也非常困难，甚至不可实现。因此，若能找到一条途径来避开对动密封的苛刻要求，实现高可靠水下释放将是非常有意义的。

为了防止海水的腐蚀，几乎所有的海洋工程用水下设备都必须作防腐蚀处理，或者其本身就由耐腐蚀材料制成。深水耐压舱常使用结构坚固且耐腐蚀的不锈钢或钛合金材料。这些材料都是对磁场非完全屏蔽的。因此，采用磁力传动是避开机械传动必须要面对动密封难题的有效途径。历史上也有人想到了这种方式，但由于当时永磁材料性能的限制，加之设计上的不够合理，造成这一途径一直没有走通，采用这种技术的设备从来没有形成过产品。

专利号为4118060的美国专利文件中公开了一种释放器机械结构，图1给出了它的基本结构。其摘要中记载：本发明给出的水下释放装置包括一个水密耐压舱；一个与耐压舱外面相关联的可释放控制机构，它可以承载重物，也可以将重物释放；一个可以在耐压舱内运动的永磁体，它的两极与耐压舱的指定舱壁相连，其磁力可以穿透该舱壁；一个在耐压舱内可以将磁体从第一个位置移动到第二个位置的装置；当磁体运动到第二个位置时，用来把持可释放机构的磁力穿越非导磁耐压舱壁；而当磁体处在第一个位置时，永磁体的磁力可以经由穿越耐压舱的导磁钢栓传递给锁定机构。

既然来自耐压舱内的力只有磁力，因此没有对高额电插销和导体的要求，在耐压舱外面没有再对耐压提出要求，像可释放把持机构等都是机械的，通常由不锈钢材料构成。

水下释放装置通常只是在水下短时间内使用，一般从释放装置下水到完成释放任务都不超过24个小时。

尽管存在生锈和电化学腐蚀，导磁钢栓仍最好选用钢栓。杆表面可以镀镍或镀铬。既然释放机构仅在水下短时间使用，因此腐蚀作用带来的影响是轻微的。导磁钢栓穿过的耐压舱一般由非磁性材料构成，例如铝合金。尽管导磁钢栓会生锈，它们仍可以有效地将磁力传递给把持机构。

导磁钢栓必须被定期更换。然而，更换带来的花费比起使用简单爆炸装置来说要小得多。本发明提供的水下释放装置可以重复利用，而爆炸装置不能。

从其说明书及其附图中不难看出，该技术方案仍存在如下问题：

1、实际上，在大多数水下释放放器的应用中，都需要释放器能长期工作于水下，而不是像其摘要中说的多是短时间工作。因此，采用非耐腐蚀导磁钢栓的做法通常是不能被接受的。此外，在有关该发明的详细论述中，导磁钢栓与它所穿越的耐压舱间的密封采用的是“O”形密封圈，在深水高压环境下，采用如此的密封方法，很难保证长期高可靠性的水密，这与机械传动式释放器所存在的问题相类似。

2、耐压舱外的机械机构都是完全暴露于海水的，这样的设计会带来严重的问题。首先是海流的冲击。因为用于把持可释放机构的磁力很小(发明说明中说0.5Kg力)，在海流的冲击下很容易发生误释放。发明人也意识到了这一点，但他只考虑在水上掉放过程中加速度的影响，加装了误释放保护装置。在水上，该装置能保证释放器不会误释放，因为只有该保护装置上的水溶物质在释放器入水溶解后，释放动作才能进行。而在水下，海流的冲击仍然会使释放器误动作的概率显著提高。此外，海洋生物附着也注定了该系统不可能在水下较长时间的工作。

3、根据他对力放大机构的描述，其释放器的承载能力与耐压舱内永磁体通过导磁钢栓传递出来的磁引力的大小直接关联，且近乎成正比，其后果是其吸和磁引力的大小必须要与海流冲击过程中带给释放器的最大承载力相对应。这也是其力放大机构的致命弱点。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种能提供较大的释放动力，避免海水冲击和海洋生物附着的不利影响，避免误释放，可多次重复使用的水下释放器。

本发明的目的是这样实现的：由电动部分、触发机构、储能机构、减速机构、双向溢流机构、动密封传动机构和释放臂构成；电动部分位于耐压舱内，由控制线与电缆线1、直流电机2、与直流电机2相连的减速机3、连接在减速机3的输出轴4上的第一“U”型磁钢5组成；耐压舱的下底板32上连接隔离舱7共同围成海水隔离舱段；海水隔离舱段安装有双向溢流机构24；触发机构、储能机构和减速机构都设置在海水隔离舱段内；触发机构由第二“U”型磁钢8、与第二“U”型磁钢8相连的“L”形连杆12、套在“L”形连杆12上的弹簧13、安装在“L”形连杆12上的棘齿机构组成；储能机构25由安装在弹簧盒内的平面涡卷弹簧以及中心轴杆16组成；减速机构由安装在中心轴杆16、第一支撑杆15和第二支撑杆17上的齿轮组成，中心轴杆16上套有齿轮且与第一支撑杆15上的大齿轮相啮合，第一支撑杆上的小齿轮与第二支撑杆上的大齿轮相啮合，第一支架9、第二支架10、第三支架11通过第一支撑杆15、第三支撑杆28连接共同支撑减速机构；动密封传动机构的主体是传动杆42，传动杆42上套有与第二支撑杆17上的小齿轮啮合的齿轮，传动杆42的端部呈楔形，传动杆42与隔离舱7的下底板连接处安装有“O”形密封圈20，传动杆42上安装有定位销19；释放臂的组成包括固定臂23、旋转臂21和固定臂23与旋转臂21之间的连接轴22。

本发明还可以包括这样一些结构特征：

1、减速机3的输出轴4的轴线垂直耐压舱的下底板32。

2、所述的双向溢流机构24的组成包括攻有螺纹的不锈钢螺栓33、套在锈钢螺栓33上的弹簧36、锈钢螺栓33上的调节螺母35以及水密垫圈34。

3、所述的棘齿机构的组成包括通过轴37连接到“L”形连杆12上的活动棘齿14、位于活动棘齿14的长尾端且由螺栓38固定在“L”形连杆12上的弹簧片39，在与活动棘齿14齿端接触的第一支撑杆15上的大齿轮的轮盘上均匀分布有楔形凹槽40。

本发明的主要创新点体现在：(1)采用两块“U”形磁钢相配合的设计，触发的最大动力接近它们之间引力与斥力之标量和。(2)利用平面涡卷弹簧储能，齿轮组减速，保证在较小外部触发力的作用下，能提供更大的释放动力。且以上装置位于耐压舱外。(3)采用双向溢流设计构建海水隔离舱，避免海水冲击和海洋生物附着对机械储能和减速装置正常工作的不利影响。(4)旋转脱钩机构的设计，使释放器能有更大的承载力。且承载力仅与释放臂和动密封传动杆的强度有关，而与磁触发动力无关。磁触发动力与海流冲击带给释放器的最小承载力相对应。这些对避免误释放和正常适时释放都是有利的。

与专利号为4118060的美国专利文件中公开的技术方案相比，本发明都采用磁力穿越耐压舱作为释放触发动力，这一点两者之间有一定相似性，但两者也存在明显差异。首先本发明在耐压舱外有另一块“U”型磁钢与耐压舱内的磁钢相配合，增强了触发动力。在相同距离上，磁钢与磁钢间的引力要比磁钢与相同形状铁磁材料(比如纯铁)间的引力大得多。而且释放触发动力不但用到磁钢间的引力，也用到了磁钢间的斥力。此外，本发明没有使用穿透耐压舱壁的非耐腐蚀性材料制成的导磁钢栓。导磁钢栓的存在一方面使得释放器不能在海水中较长期地工作，另一方面残留在导磁钢栓上的磁力对释放动作的实施也是不利的。

本发明在不借助导磁钢栓的情况下，通过双磁钢配合，在获得更高水密可靠性的同时，仍能够保证触发系统具备足够强的触发动力。

(四)附图说明

图1是与本发明最接近的背景技术的结构示意图；

图2是本发明的结构示意图(释放前)；

图3是本发明的结构示意图(释放后)；

图4是双向溢流机构的结构示意图；

图5是双向溢流机构的不锈钢螺栓的结构示意图；

图6是双向溢流机构的水密垫圈的结构示意图；

图7是棘齿机构的结构示意图；

图8是图7的左视图；

图9是第一支撑杆上的大齿轮的轮盘的结构示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

本发明的水下释放器由8个部分组成：电动部分、触发机构、储能机构、减速机构、双向溢流机构、动密封传动机构和释放臂。

结合图2。电动部分位于耐压舱内，由控制线与电缆线1、直流电机2、减速机3、连接轴4和第一“U”型磁钢5组成。其中连接轴4的轴线垂直耐压舱的下底板32。隔离舱7与下底板32共同围成了海水隔离舱段。海水隔离舱段安装有双向溢流机构24，结合图4，33为攻有螺纹的不锈钢螺栓，34为水密垫圈，通过调节螺母35，可以改变施加在弹簧36上的挤压力。弹簧36通过不锈钢螺栓33挤压水密垫圈34实现水密。当内外压差大于一定值时，水密失效，海水流通，在达到某种平衡后，水密又重新恢复。双向溢流机构实现了内外海水的隔离(设计时海水流出比流入的压力阈值要大)。通过采用这一措施，一方面可以消除海浪对舱内设备的冲击，另一方面能够避免海洋生物附着带来的麻烦。触发机构、储能机构和减速机构都在海水隔离舱段内。触发机构由第二“U”型磁钢8、弹簧13、“L”形连杆12和棘齿机构组成。结合图5，活动棘齿14通过轴37连接到连杆“L”形连杆12，活动棘齿14的长尾端被弹簧片39压住，弹簧片39由螺栓38固定在“L”形连杆12上。在与活动棘齿14齿端接触的第一支撑杆15的大齿轮的轮盘上均匀分布有楔形凹槽40。在非释放状态下，当第一“U”型磁钢5与第二“U”型磁钢8异极相对，第二“U”型磁钢8吸和在耐压舱的下底板32上时，虽然弹簧被压缩但其伸张力小于磁钢吸和力，因此仍能保证活动棘齿14的齿端嵌于楔形槽凹中，此时第一支撑杆15的大齿轮15只能绕轴线逆时针旋转(俯视情况)。储能机构25由平面涡卷弹簧、弹簧盒以及中心轴杆16组成。当取下塞子26，露出中心轴杆16成六角形的一端时，可以通过自制扳手拧动它，从而给平面涡卷弹簧上劲。中心轴杆16的另一端套有齿轮，它与第一支撑杆15的大齿轮相啮合。减速机构由安装在中心轴杆16、第一支撑杆15和第二支撑杆17上的齿轮组成。第一支架9、第二支架10、第三支架11通过第一支撑杆15、第三支撑杆28连接共同支撑减速机构。杆29、杆30等用于支撑固定储能机构25。动密封传动机构的主体是传动杆42。42的一端套有齿轮，与第二支撑杆17上的小齿轮啮合，另一端呈楔形。在传动杆42与隔离舱7的下底板连接处安装有“O”形密封圈20，它也是为了保证舱内外海水的隔离。固定在传动杆42上的定位销19一方面防止传动杆42沿轴线方向移动，另一方面保证传动杆42只能绕轴线旋转半周。释放臂主要由三部分构成：固定臂23、旋转臂21和连接轴22。释放前旋转臂21搭接在传动杆42的楔形端的与斜面相反的一侧。挂环31从固定臂23与旋转臂21扣合后留下的圆形空隙中穿过。挂环连接承载重物的钢索。

结合图3。当耐压舱内的控制电路要求实施释放动作时，会由控制线与电缆线1控制直流电机2，直流电机2经减速机3减速后通过连接轴4带动第一“U”型磁钢5旋转180°，即第一“U”型磁钢5的N和S极调换位置。由于此时两磁钢同极相对，在斥力和弹簧伸张力的共同作用下，“L”形连杆12连同活动棘齿14向下运动，活动棘齿14的齿端从第一支撑杆15的大齿轮的轮盘的楔形槽凹中脱落。此时，平面涡卷弹簧内蓄积的弹性势能得以释放，带动减速机构运动，传动杆42在减速机构的带动下转动，从而使楔形面转向旋转臂21，失去对旋转臂21的控制。由于重物挂环31对旋转臂21存在牵引力，因此旋转臂21将绕连接轴22转动，最终重物挂环31将连同重物一起脱离旋转臂21和固定臂23的控制，实现释放目的。

在实施下一次释放任务时，可以通过耐压舱内的控制电路控制直流电机2，使第一“U”型磁钢5回转180°。当第一“U”型磁钢5和第二“U”型磁钢8重新吸和，并挂接好下一个要释放的重物后，利用自制扳手拧动中心轴杆16，给平面涡卷弹簧上劲，同时也使传动杆42回转180°，从而为进行下一次释放任务做好准备。

Claims (3)

1、一种水下释放器，由电动部分、触发机构、储能机构、减速机构、双向溢流机构、动密封传动机构和释放臂构成；其特征是：电动部分位于耐压舱内，由控制线与电缆线[1]、直流电机[2]、与直流电机[2]相连的减速机[3]、连接在减速机[3]的输出轴[4]上的第一“U”型磁钢[5]组成；耐压舱的下底板[32]上连接隔离舱[7]共同围成海水隔离舱段；海水隔离舱段安装有双向溢流机构[24]；触发机构、储能机构和减速机构都设置在海水隔离舱段内；触发机构由第二“U”型磁钢[8]、与第二“U”型磁钢[8]相连的“L”形连杆[12]、套在“L”形连杆[12]上的弹簧[13]、安装在“L”形连杆[12]上的棘齿机构组成；储能机构[25]由安装在弹簧盒内的平面涡卷弹簧以及中心轴杆[16]组成；减速机构由安装在中心轴杆[16]、第一支撑杆[15]和第二支撑杆[17]上的齿轮组成，中心轴杆[16]上套有齿轮且与第一支撑杆[15]上的大齿轮相啮合，第一支撑杆上的小齿轮与第二支撑杆上的大齿轮相啮合，第一支架[9]、第二支架[10]、第三支架[11]通过第一支撑杆[15]、第三支撑杆[28]连接共同支撑减速机构；动密封传动机构的主体是传动杆[42]，传动杆[42]上套有与第二支撑杆[17]上的小齿轮啮合的齿轮，传动杆[42]的端部呈楔形，传动杆[42]与隔离舱[7]的下底板连接处安装有“O”形密封圈[20]，传动杆[42]上安装有定位销[19]；释放臂的组成包括固定臂[23]、旋转臂[21]和固定臂[23]与旋转臂[21]之间的连接轴[22]。

2、根据权利要求1所述的水下释放器，其特征是：所述的双向溢流机构[24]的组成包括攻有螺纹的不锈钢螺栓[33]、套在不锈钢螺栓[33]上的弹簧[36]、不锈钢螺栓[33]上的调节螺母[35]以及水密垫圈[34]。

3、根据权利要求1所述的水下释放器，其特征是：所述的棘齿机构的组成包括通过轴[37]连接到“L”形连杆[12]上的活动棘齿[14]、位于活动棘齿[14]的长尾端且由螺栓[38]固定在“L”形连杆[12]上的弹簧片[39]，在与活动棘齿[14]齿端接触的第一支撑杆[15]上的大齿轮的轮盘上均匀分布有楔形凹槽[40]。

Images