CN111054861B - 一种深海缆绳水压切割器 - Google Patents

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邓秀华
王泽�
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Abstract

本发明公开了一种深海缆绳水压切割器，切割器包括基座、缸体、电动拔销机构、限位杆、柱塞阀、活塞组件和割刀；电动拔销机构、限位杆和柱塞阀均安装在基座对应的安装孔内，柱塞阀与限位杆互相垂直，限位杆对柱塞阀进行轴向限位；缸体内安装有活塞组件，活塞组件的前端固定割刀，缸体上设有柱塞阀安装孔与活塞组件后端的内腔相通；基座和缸体固定连接成一体，柱塞阀由直径不同的两段组成，大直径段与基座上的安装孔密封配合，小直径段与缸体上的安装孔密封配合。本发明能够通过深水下切割器自身储备的水压势能推动割刀完成切割缆绳的动作。

Description

一种深海缆绳水压切割器
技术领域
本发明涉及一种深海环境下切割缆绳的工具，具体涉及一种利用深海水压实现切割动作的切割器。
背景技术
海洋水下勘测中需要定期或适时将潜标采集到的海洋信息传输到岸站，大洋深处的潜标通过释放信标将采集到的信息带至海面并通过卫星将信息传回岸站，在释放信标时常常需要用切割器切断电缆或束缚绳缆，切割器大多采用火工品作为动力源。但装有火工品的气动切割器装配操作属于危险的特殊工种，装配工艺和装配条件较为苛刻，特别是切割器在存储和运输上也受到了管控从而难以成为货架产品。
因此，切割器放弃火工品后必须寻求一种新的能量来提供切割所需的动能，由于潜标释放后普遍处于水下近千米的深度，如此深度下的水压是可利用的方向，但目前尚未出现利用水压势能完成切割动作的切割器。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种深海缆绳水压切割器，能够通过深水下切割器自身储备的水压势能推动割刀完成切割缆绳的动作。
一种深海缆绳水压切割器，切割器包括基座、缸体、电动拔销机构、限位杆、柱塞阀、活塞组件和割刀；
所述电动拔销机构、限位杆和柱塞阀均安装在基座对应的安装孔内，所述柱塞阀与限位杆互相垂直，限位杆对柱塞阀进行轴向限位；所述缸体内安装有活塞组件，活塞组件的前端固定割刀，缸体上设有进水孔与活塞组件后端的内腔相通；所述基座和缸体固定连接成一体，所述柱塞阀由直径不同的两段组成，大直径段与基座上的安装孔密封配合，小直径段与缸体上的安装孔密封配合。
进一步地，所述活塞组件包括活塞和活塞杆，所述活塞将缸体内部分成两个独立的密封腔室，刀架与缸体固定连接，活塞杆的一端连接活塞，另一端穿过缸体进入刀架内部。
进一步地，所述活塞杆上装有限位套，限位套对活塞的行程进行限位。
进一步地，所述基座上设有电动拔销机构和柱塞阀的安装孔，上述两个安装孔在空间上互相垂直，并且通过限位杆安装孔将上述两个安装孔互相贯通。
进一步地，所述限位杆的两端为圆柱段，中段通过铣削加工成平面段，平面段上加工有能够供柱塞阀上端穿过的U型孔，平面段的实体部分对柱塞阀进行限位，当限位杆水平移动至U型孔与柱塞阀对准的位置时，限位杆失去对柱塞阀的限位功能。
进一步地，所述柱塞阀有两个直径大小不同的含O形圈的圆柱密封段，大端装在基座的安装孔内，小端用于封堵缸体的进水孔，不同水深下拔销机构所需的拔销力不同，根据电动拔销机构实际能提供的拔销力，将使用水深划分为不同的水深段，通过改变柱塞阀大端直径设计满足现有电动拔销力的深度系列水压切割器产品。
有益效果：
本发明通过电动拔销机构驱动限位杆来解除对柱塞阀的约束，柱塞阀在水压作用下移动并打开密封缸体的进水孔，进入缸体内的高压水推动活塞运动，从而推动安装在活塞杆上的切刀前行切断特定位置的缆绳。本发明利用深海的水压势能做功替代了常规缆绳切割器中的火药气做功，解决了在民用市场上火工品不便存储运输而带来的气动切割器的使用局限性问题，其次，本切割器可多次重复使用而无需复杂的维护或换件。
附图说明
图1为本发明深海缆绳水压切割器的整体结构示意图(切割前)；
图2为图1的左视图；
图3为本发明深海缆绳水压切割器的整体结构示意图(切割后)；
图4为本发明限位杆的结构示意图；
图5为本发明柱塞阀的结构示意图。
其中，1-电缆插座、2-端盖、3-弹簧、4-电动拔销机构、5-堵头、6-限位杆、7-基座、8-柱塞阀、9-活塞、10-垫板、11-刀架、12-割刀、13-支撑套、14-缸盖、15-密封圈、16-缸体、17-电缆、18-限位板、19-活塞杆、20-限位套、21-密封圈。
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。
如附图1所示，本发明提供了一种深海缆绳水压切割器，切割器包括基座7、缸体16、电动拔销机构4、限位杆6、柱塞阀8、活塞9、活塞杆19和割刀12；
其中，基座7上设有电动拔销机构4和柱塞阀8的安装孔，上述两个安装孔在空间上互相垂直，并且通过限位杆安装孔将上述两个安装孔互相贯通。
缸体16上设有一个与活塞腔贯通的通孔作为进水孔，该通孔与基座上的柱塞阀8安装孔对应。
其中，限位杆6的结构如附图4所示，限位杆的两端为圆柱段，中段通过铣削加工成平面段，平面段上加工有能够供柱塞阀8上端穿过的U型孔，平面段的实体部分对柱塞阀8进行限位，当限位杆6水平移动至U型孔与柱塞阀8对准的位置时，限位杆6失去对柱塞阀8的限位功能。
柱塞阀8的结构如附图5所示，柱塞阀8有两个直径大小不同的含O形圈的圆柱密封段，大端装在基座7的安装孔内，小端用于封堵缸体16的进水孔，不同水深下拔销机构所需的拔销力不同，根据电动拔销机构实际能提供的拔销力，将使用水深划分为不同的水深段，通过改变柱塞阀8大端直径，可设计满足现有电动拔销力的深度系列水压切割器产品。
如附图2所示，基座7通过螺栓固定安装在缸体16的上方，在基座7中，端盖2将电动拔销机构4和弹簧3限制在电动拔销机构4安装孔中，端盖2外部安装用于对电动拔销机构4通电的电缆插座1。
柱塞阀8通过基座7上的安装孔的上端装入后，柱塞阀8的大端将安装孔下端进行密封，柱塞阀8的小端伸入缸体16的进水孔中并将其密封。限位杆6水平安装在基座7对应的安装孔中，限位杆6与电动拔销机构4相连，初始状态时，限位杆6平面段的实体部与柱塞阀8的上端接触，对柱塞阀8进行轴向限位，安装孔的上端通过堵头5进行封闭。
缸体16内安装有活塞9和活塞杆19，缸体16由缸盖14和密封圈15进行封闭和密封，活塞杆19的一端与活塞9固定，活塞杆19穿过缸盖14伸入固定在缸体16上的刀架11的内部，活塞杆在刀架11内的部分通过支撑套13进行支撑和导向。活塞杆19的前端固定割刀12，刀架11的底面上装有垫板10，电缆17穿过刀架并位于垫板10和割刀12之间，刀架内装有限位板18对割刀12进行限位。
工作原理：信号电缆给电动拔销机构4下达拔销指令，电动拔销机构4带动限位杆6左移，使限位杆6上的U形孔对准柱塞阀8的上端，由于柱塞阀8的外露部分为大端和小端的交汇段，存在截面积的差异，柱塞阀8在深水水压作用下向上移动穿过腰形孔至堵头5停止，柱塞阀8的移动使得缸体16上的进水孔打开，海水在外部压力下涌进活塞9右侧的空腔，活塞9左右两侧产生很大的压力差，在活塞9右侧的水压作用下，活塞9推动活塞杆19左移至活塞9被限位套20挡住为止，同时，安装在活塞杆19上的割刀12切断特定位置上的电缆17，切割完成后的状态如附图3所示。
电动拔销机构4和割刀12切割力的计算过程如下：
柱塞阀8上的密封圈21所受的摩擦力受水压力和初始预紧力的影响，在深水情况下，初始预紧力可忽略不计，密封圈的摩擦力F摩由下式计算：
F摩＝μπdbP
其中，μ为密封圈的摩擦系数，d为密封的孔的直径，b为密封圈接触面的宽度，P为水压。
拔销力F拔需满足：
Figure GDA0003005494810000051
化简后为：
Figure GDA0003005494810000052
其中，μ′为限位杆6与柱塞阀8之间的摩擦系数，μ为密封圈的摩擦系数，P为水压，d1、d2分别为柱塞阀8对应密封的孔的直径，b1、b2分别为密封圈与密封面的接触宽度，深水环境下缸体密封腔内的气压可忽略不计，切割器的剪切力F剪可近似表达为：
Figure GDA0003005494810000061
其中，P为水压，D1、D2分别为活塞杆和活塞直径，B1、B2分别为两组密封圈与密封面的接触宽度，μ为密封圈的摩擦系数。
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 (3)

1.一种深海缆绳水压切割器，其特征在于，切割器包括基座、缸体、电动拔销机构、限位杆、柱塞阀、活塞组件和割刀；
所述电动拔销机构、限位杆和柱塞阀均安装在基座对应的安装孔内，所述柱塞阀与限位杆互相垂直，限位杆对柱塞阀进行轴向限位；所述缸体内安装有活塞组件，活塞组件的前端固定割刀，所述基座和缸体固定连接成一体；缸体上设有一个与活塞腔贯通的通孔作为进水孔，该通孔与基座上的柱塞阀安装孔对应，所述柱塞阀有两个直径大小不同的含O形圈的圆柱密封段，大端装在基座的安装孔内，小端用于封堵缸体的进水孔，不同水深下拔销机构所需的拔销力不同，根据电动拔销机构实际能提供的拔销力，将使用水深划分为不同的水深段，通过改变柱塞阀大端直径设计满足现有电动拔销力的深度系列水压切割器产品；
所述活塞组件包括活塞和活塞杆，所述活塞将缸体内部分成两个独立的密封腔室，刀架与缸体固定连接，活塞杆的一端连接活塞，另一端穿过缸体进入刀架内部；
所述限位杆的两端为圆柱段，中段通过铣削加工成平面段，平面段上加工有能够供柱塞阀上端穿过的U型孔，平面段的实体部分对柱塞阀进行限位，当限位杆水平移动至U型孔与柱塞阀对准的位置时，限位杆失去对柱塞阀的限位功能。
2.如权利要求1所述的一种深海缆绳水压切割器，其特征在于，所述活塞杆上装有限位套，限位套对活塞的行程进行限位。
3.如权利要求2所述的一种深海缆绳水压切割器，其特征在于，所述基座上设有电动拔销机构和柱塞阀的安装孔，上述两个安装孔在空间上互相垂直，并且通过限位杆安装孔将上述两个安装孔互相贯通。
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