CN111113507A - 一种预置式水压动力剪切装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种预置式水压动力剪切装置,该装置能用于深海中预置于海底布设的光缆上,无需额外提供动力,仅仅依靠深海水压力转化的剪切动力即可用于剪切作业。该水压动力剪切装置包括:定刀座、锁扣、动刀、动刀座、外壳、定向杆、盖板、单向阀、电磁阀和基座,该装置动刀座两端端面面积不同,在深海环境中,由于水压的作用,通过面积差即可保证该装置两端端面有压力差,在此压力差的作用下,将深水压力转化为该装置剪切光缆的动力。由于剪切过程中,电磁阀处于常开状态,动刀座两端的压力差也会一直存在,从而保证该装置对待剪切的光缆有持续的作用力,直至剪断为止。该装置结构简单,可靠实用。

Description

一种预置式水压动力剪切装置
技术领域
本发明涉及一种剪切装置,具体涉及一种预置式水压动力剪切装置。
背景技术
自20世纪以来,随着海洋资源的争夺以及军事的需求,各个国家也越来越重视水下作战。而水下作战首要任务就是情报的收集,由于各国经济、军事实力发展不均衡,也就产生了以水下固定式监听系统和海底光缆为基础的水下单向透明优势和非对称作战模式等问题。为形成水下信息均势,增强我国潜艇作战的隐蔽性,有效提升未来深远海威慑和打击能力,形成长期有效、即时可用、安全可靠的海底目标摧毁武器系统,突破海底光缆摧毁武器装置核心关键技术,我国也投入了许多精力对这项技术进行攻关,目前已研制有多款水下爆破剪切割刀,预置在深海光缆处,需要进行剪切时即发送信号促使其动作,进行光缆的剪切破坏。
这种爆破剪切割刀原理是利用火药爆燃产生高压气体推动剪切装置切断水下光缆,由于该种装置是在高深、高盐、高湿环境下预置工作,但火药则需要一直保持干燥,预置时间太长火药可能失效。由于该装置中涉及火药,因而在装置装配运输过程中均需特别注意,以免引发安全隐患。火药的药量也与切割光缆的直径、材料等有很大关系,有时候可能因为光缆预置在动刀与定刀之间的缺口处光缆与刀口的角度不正导致切割效果达不到要求。因而寻求一种更加可靠的预置式剪切装置成为亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种预置式水压动力剪切装置,该水压动力剪切装置能用于深海中预置在海底布设的光缆上,无需额外提供动力,仅仅依靠深海水压力转化为剪切动力即可用于剪切作业。
所述的预置式水压动力剪切装置包括:定刀座、锁扣、动刀、动刀座、外壳、定向杆、盖板、电磁阀和基座;
其连接关系为:所述外壳为一端开口一端加工有过孔的中空柱形结构;所述动刀座一端设置有轴肩,另一端连接有动刀;
所述盖板固定在所述外壳开口端;所述动刀座的轴肩端位于外壳内部,且通过轴肩与外壳滑动配合;连接有动刀的一端伸出外壳的过孔;所述动刀座的轴肩将所述外壳内部空间分为两个舱室,令盖板所在端的舱室为舱室B,另一个舱室为舱室A;
所述定向杆从所述外壳外部拧入后与所述动刀座位于外壳内部的轴肩上的通孔滑动配合;所述定向杆的轴向与所述动刀座的移动方向平行;
所述定刀座和外壳分别固定在基座的两相对端,使所述定刀座与所述动刀的刀刃之间形成用于使待切割的光缆穿过的环形腔;所述动刀座移动时带动动刀朝向定刀座的方向运动,通过所述动刀切割位于该环形腔内的光缆;
所述电磁阀安装在盖板上用于连通舱室B和外部环境的开口处,当电磁阀处于关闭状态时,舱室B与外部环境隔离;当电磁阀处于打开状态时,舱室B与外部环境通过电磁阀连通。
作为本发明的一种优选方式,还包括:单向阀;在动刀座上加工用于连通舱室A和舱室B的气孔,且在舱室B端的气孔口处安装有单向阀,通过所述单向阀使所述气孔中的气体只能从所述舱室A向所述舱室B单向流动。
作为本发明的一种优选方式,在所述定刀座的轴肩位于所述舱室A内的端面上加工有一个以上凹槽。
作为本发明的一种优选方式,在所述定刀座的下端朝向动刀座的方向延伸有用于封闭动刀和定刀座对接面之间下端开口的支撑块,所述支撑块在动刀移动过程中始终与动刀的下表面滑动配合;
在所述外壳外部设置有用于安装锁扣的支耳,所述锁扣一端销接在外壳外部的耳板上,另一端加工有用于和定刀座上的锁轴配合的锁孔;所述锁扣用于封闭或打开动刀和定刀座对接面之间的上端开口;当通过所述锁扣封闭动刀和定刀座对接面之间的上端开口后,在所述定刀座与所述动刀的刀刃之间形成用于使待切割的光缆穿过的环形腔。
作为本发明的一种优选方式,所述定刀座上与动刀相对面为内凹的弧形面,所述动刀的刀刃为内凹的弧形刀刃。
作为本发明的一种优选方式,在所述动刀座的轴肩与所述外壳配合圆周面上设置有一道以上密封圈进行密封;在所述动刀座的轴肩上与所述定向杆配合的通孔中装有一道以上径向密封圈进行密封。
作为本发明的一种优选方式,在所述动刀座位于外壳过孔内的外圆周面上设置有一道以上密封圈进行密封;在所述盖板与所述外壳的对接面上通过密封圈密封。
有益效果:
(1)该装置能够在不提供其他动力的情况下,将深海海水压转化为剪切动力进行剪切光缆的动作;且由于剪切过程中,电磁阀处于常开状态,动刀座两端的压力差会一直存在,从而保证该装置对所剪切的光缆有持续的作用力,直至剪断为止。
(2)该剪切装置可以预置在海底光缆上足够长的时间,直到需要剪切光缆时该装置仍然可靠有效。
(3)本装置通过控制电磁阀便可启动剪切动作,相对于其他形式剪切装置机械结构与控制更加简单。
附图说明
图1为本发明的水压动力剪切装置整体结构剖示图;
图2为本发明的水压动力剪切装置整体结构立体示意图;
图3和图4为该水压动力剪切装置穿缆结构示意图。
其中:1-定刀座,2-锁扣,3-动刀,4-动刀座,5-外壳,6-定向杆、7-盖板、8-单向阀、9-电磁阀、10-基座、11-锁片、12-锁轴、13-光缆
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明做进一步的详细说明。
本实施例提供一种预置式水压动力剪切装置,能够保证在不提供其他动力的情况下,利用深海海水压转化的剪切动力进行剪切光缆的动作。
对于布设在深海中的光缆的切割,由于深海这一特殊环境,本实施例提出了一种预置式水压动力剪切装置,相对于其他形式剪切装置机械结构与控制更加简单,且能够直接利用深海这一特殊环境中的水压,将深海海水压转化为剪切动力进行剪切光缆的动作,这一剪切动力可以持续不断的施加在光缆上,直至光缆剪断为止。
如图1和图2所述,该水压动力剪切装置包括:定刀座1、锁扣2、动刀3、动刀座4、外壳5、定向杆6、盖板7、单向阀8、电磁阀9和基座10。
其连接关系为:外壳5为一端开口一端加工有过孔的中空柱形结构;动刀座4一端设置有轴肩,另一端连接有片状动刀3(动刀3位于动刀座该端面的竖直对称线上)。
盖板7通过螺钉固定在外壳5开口端,并在对接面上通过密封圈密封;动刀座4的轴肩端位于外壳5内部,且通过轴肩与外壳5滑动配合,能够在外壳5内沿其轴线移动;连接有动刀3的一端伸出外壳5的过孔。动刀座4的轴肩将外壳5内部空间分为左右两个舱室,令左边舱室为舱室A,右边舱室为舱室B。为保证外壳5内部空腔的密封性,在动刀座4位于外壳5过孔内的外圆周面上设置有多道密封圈进行密封。
为保证动刀座4装入外壳5中后,动刀座4位置的固定,即动刀3相对定刀座1的位置固定,采用的方法是在外壳5左侧壁面上开有螺纹孔,在该螺纹孔中拧入定向杆6及组合密封垫,以保证外壳5的气密性;在动刀座4位于外壳5内部的轴肩上加工有与定向杆6滑动配合的通孔,通孔中装有两道径向密封圈,以保证安装定向杆6后外壳5内部舱室A和舱室B的独立性,将动刀座4装入外壳5中时,保证定向杆6穿过动刀座4上对应的通孔,即保证了动刀座4位置的固定,同时定向杆6对动刀座4在外壳5内部的滑动起导向作用,防止动刀座4转动。
定刀座1和外壳5分别固定在基座10表面的两相对端,其中定刀座1位于外壳5的左侧;定刀座1上与动刀3相对面为内凹的弧形面,动刀3与该内凹弧形面相对的面为内凹的弧形刀刃。动刀座4移动时带动动刀3朝向定刀座1的方向运动。
定刀座1的下端朝向动刀座4的方向延伸有用于封闭动刀3和定刀座1对接面之间下端开口的支撑块,同时该支撑块还用于对动刀3进行支撑,该支撑块在动刀3移动过程中始终与动刀3的下表面滑动配合。
为保证在海底光缆上预置时,光缆能顺利穿过定刀座1和动刀3之间的间隙中,并保证光缆穿过该间隙后不能脱出来,在外壳5外部设置有用于安装锁扣2的支耳,锁扣2一端销接在外壳5外部的耳板上,另一端加工有用于和定刀座1上的锁轴12配合的锁孔,锁孔具有一个开口端,且该开口端设置有锁片11,锁片11在外力作用下可打开锁孔,不受外力时即锁紧锁孔,锁扣2用于封闭或打开动刀3和定刀座1对接面之间的上端开口,当将待切割的光缆13放入定刀座1和动刀3之间的间隙中后,将锁扣2向下压(通过水下机器人操作),锁扣2上的锁片11接触到定刀座1上的锁轴12后继续向下压直至锁扣2上的锁片11打开,定刀座1上的锁轴12卡入锁扣2的锁孔之中,完成对待切割的光缆13的锁紧,以便动刀3进行切割;如图3、图4所示。
电磁阀9安装固定在盖板7上用于连通舱室B和外部环境的开口处,当电磁阀9处于关闭状态时,舱室B与外部环境隔离;当电磁阀9处于打开状态时,舱室B与外部环境通过电磁阀9连通,由此在深海使用时,打开电磁阀9后,外部高压海水能够通过电磁阀9进入舱室B中。
为保证该水压动力剪切装置在深海中无需额外提供动力,即可保证该剪切装置有足够的剪切力剪切预布设在海底的光缆,以及对所需剪切的光缆有持续的作用力直至剪断为止,采用的方法是使动刀座4左右两端面的面积具有面积差,该面积差通过设置在动刀座4端部的轴肩实现;本例中动刀座4右边端面的面积是左边端面的面积的2.5倍,动刀座4装配进密封的外壳5里面后,动刀座4与外壳5接触的地方都是密封的,从而将外壳5分隔成了两个独立的密封舱室,即图1中的舱室A和舱室B。打开电磁阀后,随着高压水不断进入到舱室B中,舱室B中的压强会不断提高,直至动刀座4向左移动,带着动刀3向左移动,开始慢慢切割位于定刀座和动刀3之间的光缆13;当舱室B中充满高压水后,剪切力F=P(SB-SA)-PA(SB-SA),(动刀座4右端面位于舱室B中与水接触,压强P,左端面伸出外壳5也与水接触,压强P;因此,动刀座4受到的向右的力包括左端面受到的力和位于舱室A中其轴肩左端面收到的力);SB为动刀座4右端面面积,SA为动刀座4左端端面面积,P为此装置所处深水处的水压,PA为舱室A中气体的压强(一个大气压),由于SB=2.5SA,则
Figure BDA0002324643830000051
由于在深海中P远大于PA,因而剪切力F足够大,随后随着动刀座4向左移动,PA虽然有所增大,但是由于P始终远大于PA,因而剪切力F仍然会足够大,且此力是由于动刀座4两侧压力不相等产生的,由于在深水处,此不等的压力一直存在,因而能够保证该装置对所需剪切的缆有持续的作用力,为保证为光缆的有效破坏。
该剪切装置预置在海底光缆上,在装置右侧安装电磁阀9,能够保证该水压动力剪切装置可以预置在海底光缆上足够长的时间,直到需要剪切光缆时该装置仍然可靠有效,不需要进行剪切动作时,电磁阀9一直处于常闭状态;当需要剪切时,由母船给该装置发送信号,使得电磁阀9动作,保持长开状态,即可进行剪切。
为保证电磁阀9动作后,动刀座4在向左移动过程中,舱室A中的压强尽量小,采用的方法一是在动刀座4上加工气孔,如图1所示,该气孔贯通舱室A和舱室B,且在舱室B这端的气孔口处装有单向阀8,当电磁阀9动作,高压水通过电磁阀9逐渐进入到舱室B中后,舱室B中压力逐渐增加,动刀座4向左移动,若出现舱室A中气体压强高于舱室B中水压的情况时(如在还未进入深海区域中使用时),此时舱室A中的空气通过单向阀8进入舱室B中,从而使得舱室A中的压强降低;方法二是在定刀座4轴肩的左端面上加工有多个凹槽,如图1中C所示,由于动刀座4向左逐渐运动的过程中,舱室A中气体的体积逐渐减小,在定刀座4轴肩的左端面上加工凹槽能够增加舱室A中空气可压缩的空间,使得舱室A中的压强的增加尽可能的小。
该水动力剪切装置的工作原理为:
将该装置置于深海中,将通过水下机器人将光缆13置于定刀座1和动刀3之间的间隙中,并将锁扣2锁轴12扣合;电磁阀9一直处于常闭状态;当需要剪切光缆13时,给电磁阀9通电,使得电磁阀9打开,外部高压水即通过电磁阀9进入舱室B中,使得舱室B中压强不断升高,推动动刀座4向左移动,使动刀3进行剪切动作;在此过程中,动刀3与动刀座4不断向左运动,直至切断光缆。由于电磁阀9处于常开状态,舱室B中即会始终有高压水进入直至充满舱室B,舱室B中动刀座4的端面就会持续不断的受到高压水的作用力,推动动刀座4向左移动,带动动刀3移动进行剪切。
综上,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 (7)

1.一种预置式水压动力剪切装置,其特征在于,包括:定刀座(1)、锁扣(2)、动刀(3)、动刀座(4)、外壳(5)、定向杆(6)、盖板(7)、电磁阀(9)和基座(10);
其连接关系为:所述外壳(5)为一端开口一端加工有过孔的中空柱形结构;所述动刀座(4)一端设置有轴肩,另一端连接有动刀(3);
所述盖板(7)固定在所述外壳(5)开口端;所述动刀座(4)的轴肩端位于外壳(5)内部,且通过轴肩与外壳(5)滑动配合;连接有动刀(3)的一端伸出外壳(5)的过孔;所述动刀座(4)的轴肩将所述外壳(5)内部空间分为两个舱室,令盖板(7)所在端的舱室为舱室B,另一个舱室为舱室A;
所述定向杆(6)从所述外壳(5)外部拧入后与所述动刀座(4)位于外壳(5)内部的轴肩上的通孔滑动配合;所述定向杆(6)的轴向与所述动刀座(4)的移动方向平行;
所述定刀座(1)和外壳(5)分别固定在基座(10)的两相对端,使所述定刀座(1)与所述动刀(3)的刀刃之间形成用于使待切割的光缆(13)穿过的环形腔;所述动刀座(4)移动时带动动刀(3)朝向定刀座(1)的方向运动,通过所述动刀(3)切割位于该环形腔内的光缆(13);
所述电磁阀(9)安装在盖板(7)上用于连通舱室B和外部环境的开口处,当电磁阀(9)处于关闭状态时,舱室B与外部环境隔离;当电磁阀(9)处于打开状态时,舱室B与外部环境通过电磁阀(9)连通。
2.如权利要求(1)所述的预置式水压动力剪切装置,其特征在于,还包括:单向阀(8);在动刀座(4)上加工用于连通舱室A和舱室B的气孔,且在舱室B端的气孔口处安装有单向阀(8),通过所述单向阀(8)使所述气孔中的气体只能从所述舱室A向所述舱室B单向流动。
3.如权利要求1所述的预置式水压动力剪切装置,其特征在于,在所述定刀座(4)的轴肩位于所述舱室A内的端面上加工有一个以上凹槽。
4.如权利要求1所述的预置式水压动力剪切装置,其特征在于,在所述定刀座(1)的下端朝向动刀座(4)的方向延伸有用于封闭动刀(3)和定刀座(1)对接面之间下端开口的支撑块,所述支撑块在动刀(3)移动过程中始终与动刀(3)的下表面滑动配合;
在所述外壳(5)外部设置有用于安装锁扣(2)的支耳,所述锁扣(2)一端销接在外壳(5)外部的耳板上,另一端加工有用于和定刀座(1)上的锁轴(12)配合的锁孔;所述锁扣(2)用于封闭或打开动刀(3)和定刀座(1)对接面之间的上端开口;当通过所述锁扣(2)封闭动刀(3)和定刀座(1)对接面之间的上端开口后,在所述定刀座(1)与所述动刀(3)的刀刃之间形成用于使待切割的光缆(13)穿过的环形腔。
5.如权利要求1所述的预置式水压动力剪切装置,其特征在于,所述定刀座(1)上与动刀(3)相对面为内凹的弧形面,所述动刀(3)的刀刃为内凹的弧形刀刃。
6.如权利要求1-5任一项所述的预置式水压动力剪切装置,其特征在于,在所述动刀座(4)的轴肩与所述外壳(5)配合圆周面上设置有一道以上密封圈进行密封;在所述动刀座(4)的轴肩上与所述定向杆(6)配合的通孔中装有一道以上径向密封圈进行密封。
7.如权利要求1-5任一项所述的预置式水压动力剪切装置,其特征在于,在所述动刀座(4)位于外壳(5)过孔内的外圆周面上设置有一道以上密封圈进行密封;在所述盖板(7)与所述外壳(5)的对接面上通过密封圈密封。
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CN112222324A (zh) * 2020-09-25 2021-01-15 中国船舶科学研究中心 一种深海液压切割作业工具及切割方法
CN112222324B (zh) * 2020-09-25 2022-12-30 中国船舶科学研究中心 一种深海液压切割作业工具及切割方法

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