CN112810783B - 一种深海水下拖曳平台用应急解缆装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种深海水下拖曳平台用应急解缆装置，该装置以深海水压作为动力源实现应急瞬间解缆(或使缆破断)，结构简单，工作可靠，可广泛应用于海洋深潜拖曳式探测装备领域。该装置主要由拖缆端水密插座、头部活动堵头、筒体、中空活塞杆、拉销、拖缆端电插头、堵头、设备端电插头、半圆支撑环、橡胶垫片、尾部固定端盖、设备端水密插座组成。

Description

一种深海水下拖曳平台用应急解缆装置

技术领域

本发明属于深海水下应急解缆装置技术领域，具体涉及一种深海水下拖曳平台设备(如深海拖体、深海ROV等)用无特设动力源的应急解缆装置，该装置以深海水压作为动力源实现应急瞬间解缆(或使缆破断)，结构简单，工作可靠，可广泛应用于海洋深潜拖曳式探测装备领域。

背景技术

随着海洋装备发展走向深海，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应用，如深海目标搜寻、深海地质勘察、深海生态环境调查等。一般来讲，对于大型拖曳探测设备，因设备水下供电或实时数据传输等需要，此类拖曳设备均需通过拖曳缆或脐带缆与母船平台进行连接，此类水下设备往往所搭载探测装备技术含量高，造价不菲，因此作业中最重要的是能将水下设备安全回收，但由于海底地质环境复杂恶劣，水下设备又多是近海底作业，连接拖曳缆挂结到海底结构物上风险较大，拖缆一旦挂结设备无法回收将造成重大经济损失，因而，作为安全设计，此类深潜设备需搭载一套应急解缆装置，一旦拖缆在深海被挂住，母船绞车又无法将设备拖拽出水时，此时便利用应急解缆装置将拖缆解脱开，设备利用自身正浮力自行浮上水面，再对设备进行水面打捞，避免造成重大设备损失。

目前，深海水下拖曳设备应急脱缆释放方式有以下几种：一是，利用特制深海液压剪切装置对拖缆进行剪切，从而实现拖缆与水下设备分离；二是，利用特制深海电动剪切装置对拖缆进行剪切，从而实现拖缆与水下设备分离；三是，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；以上脱缆释放方式存在以下几个问题：

1、利用深海液压剪切装置剪缆的方式比较有效，而且可通过控制进行往复多次剪切，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，且需要母船通过拖缆传输指令才会进行剪缆动作，这对水下探测设备轻小型、可靠性设计十分不利；

2、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，根据电驱动特性，与液压剪切装置比较，剪断同样粗细的铠装电缆的电驱动剪缆装置体积重量将更大；

3、利用水下设备上声学释放器释放拖缆承重头，进而利用水下设备正浮力将拖缆水密对插接头拉开，实现水下解缆动作，该种解缆方式选用水密对插接头不宜连接过紧，同时水下设备还需要预留较大正浮力，否则解缆拉力较小不易解缆，另外，水密接头拉力大小受设备浮心及拉力方向影响较大，因此，该种仅依靠设备正浮力拔缆的解缆方式可靠性较差。

发明内容

本发明提供了一种深海水下拖曳平台用无内置动力源应急解缆装置，无需动力源，即可实现拖缆与设备分离。

一种深海水下拖曳平台用应急解缆装置，外围设备包括铠装拖缆(13)、拖缆承重头(15)、拉环(16)、拉销钢丝(17)、声学释放器(18)，应急解缆装置包括头部活动堵头(2)、筒体(3)、活塞杆(4)、尾部固定端盖(11)、电插头组件以及拉销组件；筒体(3)和活塞杆(4)均为中空的圆柱状结构；活塞杆(4)安装在筒体(3)内，尾部一端的外圆加工一圈凸起，与筒体(3)的内壁配合，活塞杆(4)可在筒体(3)内滑动；同时，筒体(3)在尾部端部由尾部固定端盖(11)固定封堵；活塞杆(4)的中部与筒体(3)内壁形成环形空腔；活塞杆(4)的头部一端的外圆与筒体(3)内壁的一端凸起配合，同时，该端由头部活动堵头(2)封堵；

电插头组件包括拖缆端水密插座(1)、拖缆端电插头6、设备端电插头(8)和设备端水密插座(12)；拖缆端水密插座(1)与拖缆端电插头(6)连接，设备端水密插座(12)与设备端电插头(8)连接；拖缆端电插头6穿过头部活动堵头(2)的中心孔，进入到活塞杆(4)的空腔中，另一端的拖缆端水密插座(1)与头部活动堵头(2)固定连接；设备端电插头(8)穿过尾部固定端盖(11)的中心孔，进入到活塞杆(4)的空腔中，另一端的设备端水密插座(12)与尾部固定端盖(11)固定连接；拖缆端电插头(6)与设备端电插头(8)对插在一起；

所述拉销组件有两套，对称布置再筒体(3)的外表面；拉销组件包括拉销(5)与筒体(3)外表面加工的凸起，凸起沿筒体(3)中心轴平行方向加工的圆柱孔道；凸起上与圆柱形孔道垂直方向加工有贯通到活塞杆(4)空腔的进水孔；拉销(5)置于圆柱孔道内，拉销(5)可从圆柱孔道内拉出；

声学释放器(18)与应急解缆装置19均与水下被拖曳设备固连在一起，铠装拖缆(13)依次通过拖缆承重头(15)及拉环(16)与声学释放器(18)的释放钩连接，铠装拖缆(13)通过拖曳声学释放器(18)的方式拖曳整个水下设备进行工作，铠装拖缆(13)在位于拖缆承重头(15)部位分出水密缆(14)与拖缆端水密插座(1)连接，设备端电插头(8)则与水下设备连接，通过此方式实现铠装拖缆(13)与水下设备进行连接；拉环(16)上设置的两条拉销钢丝(17)一端与拉环(16)连接，另一端与两个拉销(5)一对一连接；所述水密缆14的缆长比拉销钢丝(17)长度要长。

进一步的，所述拉销组件还包括橡胶垫片(10)，安装在拉销(5)尾部端头，其外径比圆柱孔道内径大，并可随头拉销(5)从圆柱孔道内拉出。

进一步的，在中空活塞杆(4)与尾部固定端盖(11)之间设置半圆支撑环(9)。

进一步的，拉销(5)的两端设置密封圈。

进一步的，所述活塞杆(4)的头部和尾部外圆均设置密封圈。

进一步的，所述筒体(3)与头部活动堵头(2)之间，筒体(3)与尾部固定端盖(11)之间设置有密封圈。

较佳的，设L1为拖缆端水密插座(1)连接拖缆端电插头(6)所留线缆长度，L2为设备端水密插座(12)连接设备端电插头(8)所留线缆长度，L3为筒体(3)中活动堵头(2)运动行程，L4为中空活塞杆(4)运动行程，L5为拖缆端水密插座(1)与备端水密插座(12)间距；则满足：(L1+L2+L3)-L5<L4，以保证活动堵头(2)被完全推出筒体(3)且拖缆端电插头(6)与设备端电插头(8)完全被拉脱，同时还满足L1+L2>L5，以便于拖缆端电插头(6)与设备端电插头(8)对插装配操作。

本发明具有如下有益效果：

本发明提供的一种深海水下拖曳平台用无内置动力源应急解缆装置，声学释放器释放拖缆承重头后，利用水下设备正浮力拔出应急解缆装置的拔销，装置一旦被触发，海水压力将推动装置中空活塞杆瞬间爆发动作，将水密缆对插接头拔开，实现拖缆与设备分离。该装置结构简单，动作可靠，无需设置动力源，解缆力大，甚至可将电缆拉断破开。

附图说明

图1是本发明装配完成后的三维结构视图；

图2是本发明结构主视图；

图3是图2结构A向剖视示意图；

图4是本发明与声学释放器配合使用时相互装配关系示意图；

图5是本发明各腔室、孔道等指示说明示意图；

图6是本发明功能实现运动过程示意图。

其中，1-拖缆端水密插座、2-头部活动堵头、3-筒体、4-中空活塞杆、5-拉销、6-拖缆端电插头、7-堵头、8-设备端电插头、9-半圆支撑环、10-橡胶垫片、11-尾部固定端盖、12-设备端水密插座、13-铠装拖缆、14-水密缆、15-拖缆承重头、16-拉环、17-拉销钢丝、18-声学释放器、19-应急解缆装置。

具体实施方式

如图3所示为本发明装配完整后剖视结构示意图，主要包括头部活动堵头2、筒体3、活塞杆4、尾部固定端盖11、电插头组件以及拉销组件；筒体3和活塞杆4均为中空的圆柱状结构；活塞杆4安装在筒体3内，尾部一端的外圆加工一圈凸起，与筒体3的内壁配合，活塞杆4可在筒体3内滑动；同时，筒体3在尾部端部由尾部固定端盖11固定封堵；活塞杆4的中部与筒体3内壁形成环形空腔；活塞杆4的头部一端的外圆与筒体3内壁的一端凸起配合，同时，该端由头部活动堵头2封堵；由此，头部活动堵头2、筒体3、中空活塞杆4及尾部固定端盖11装配组成类似液压缸结构形式，上述部件仅尾部固定端盖11与筒体3通过螺钉固定在一起。

电插头组件包括拖缆端水密插座1、拖缆端电插头6、设备端电插头8和设备端水密插座12；拖缆端水密插座1留一定长度线缆，其留缆端部安装拖缆端电插头6，设备端水密插座12留一定长度线缆，其留缆端部安装设备端电插头8。拖缆端电插头6穿过头部活动堵头2的中心螺纹孔，进入到活塞杆4的空腔中，另一端的拖缆端水密插座1与头部活动堵头2通过螺纹固定连接；设备端电插头8穿过尾部固定端盖11的中心螺纹孔，进入到活塞杆4的空腔中，另一端的设备端水密插座12与尾部固定端盖11通过螺纹固定连接；半圆支撑环9置于中空活塞杆4与尾部固定端盖11之间，拖缆端电插头6与设备端电插头8对插在一起，拖缆端电插头6、设备端电插头8及线缆均置于中空活塞杆4中间，为了使拖缆端电插头6与设备端电插头8对插操作留出操作空间，在中空活塞杆4与尾部固定端盖11之间设置半圆支撑环9，即对插操作完成后再装配两个半圆支撑环9。

拉销组件有两套，对称布置在筒体3的外表面，包括在筒体3外表面加工的凸起，凸起沿筒体3中心轴平行方向加工的圆柱孔道；凸起上与圆柱形孔道垂直方向加工有贯通到活塞杆4空腔的进水孔；拉销5置于圆柱孔道内，拉销5可从圆柱孔道内拉出，橡胶垫片10安装在拉销5尾部端头，其外径比圆柱孔道内径稍大，使拉销5从圆柱孔道被拉出去时有一定阻尼力，堵头7为筒体3的工艺孔堵头。

应急解缆装置通过设置密封圈，使筒体3内空腔与外部高压海水隔离，其中，拉销5、中空活塞杆4、筒体3及尾部固定端盖11上均设置密封圈。拉销5两端设置密封圈，将拉销孔两端密封住，拉销5两端密封截面积相等，使其在高压海水作用下两端所受海水压力一致，这样拉销5在海水压力作用下可保持初始装配状态不动作。

1、本发明与声学释放器配合使用时各部件装配关系说明

如图4所示，声学释放器18与应急解缆装置19均与水下被拖曳设备固连在一起，铠装拖缆13通过拖缆承重头15及拉环16与声学释放器18释放钩连接，铠装拖缆13通过拖曳声学释放器18的方式拖曳整个水下设备进行工作，铠装拖缆13在位于拖缆承重头15部位分出水密缆14与拖缆端水密插座1连接，设备端电插头8则与水下设备连接，通过此方式实现铠装拖缆13与水下设备进行连接。在拉环16上设置的拉销钢丝17一端与拉环16连接，另一端与拉销5连接，拖缆承重头15部位分出的水密缆14缆长比拉销钢丝17长度要长，即要保证：当铠装拖缆13被水下结构物钩挂住后，声学释放器18释放掉拉环，水下设备在自身正浮力作用下上浮时，拉销钢丝17应先于拖缆承重头15部位分出的水密缆14受设备浮力拉拽。

2、本发明应急解缆工作原理

解缆装置初始状态时，各零部件初始位置如图3所示，各腔室、孔道等指示说明如图5所示。初始时，装置内部形成两个不互通的空腔密封空腔1与密封空腔2，空腔内均为常压空气介质。解缆装置在深海受海水压力作用，头部活动堵头2、中空活塞杆4、半圆支撑环9及尾部固定端盖11受海水压力相互轴向挤压在一起静止不动，这样拖缆承重头部位分的出水密缆及拖缆端水密插座1及头部活动堵头2不会因意外而拉脱，增加电连接器可靠性。如前文所述，当铠装拖缆被水下结构物钩挂住后，声学释放器释放掉拉环，水下设备在自身正浮力作用下上浮时，在上浮力作用下拉销5被拉销钢丝拔出，拉销5被拔出到如图6所示位置，此时高压海水通过拉销孔及孔道1或孔道2进入腔室2内，腔室2内压力与外界海水压力相同，此时头部活动堵头2、半圆支撑环9及尾部固定端盖11所受海水轴向压力相互抵消消失，但是，中空活塞杆4由于活塞截面与活塞杆截面存在面积差，且腔室1内又为常压空气，因此，中空活塞杆4在海水压力作用下将头部活动堵头2向拉销方向瞬间推出，腔室1内常压空气被完全压缩。此过程中拖缆端电插头6与设备端电插头8将被拉开，完成应急解缆动作，使铠装拖缆则完全与水下设备分离。由于海水压力较大，中空活塞杆4的活塞截面与活塞杆截面存在较大面积差，因此上述应急解缆过程将在瞬间完成，同时该过程中中空活塞杆4可实现瞬间较大推力，甚至可将拖缆端电插头6及设备端电插头8所留线缆直接破断开。另外，在应急解缆装置两侧均设置了拉销5，只要其中一个拉销5被拉到如图6所示位置即可触发装置动作，使得应急解缆可靠性较高。

如图5中所示，L1—拖缆端水密插座1所留线缆长度，L2—设备端水密插座12所留线缆长度，L3—筒体3中活动堵头2运动行程，L4—中空活塞杆4运动行程，L5—拖缆端水密插座1与设备端水密插座12间距。为实现以上过程，以上各参数对应关系是：L1+L2+L3-L5<L4，以保证活动堵头2被完全推出筒体3且拖缆端电插头6与设备端电插头8完全被拉脱，同时还应满足L1+L2>L5，以便于拖缆端电插头6与设备端电插头8对插装配操作。

综上所述，以上仅为本发明的实施例，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)

1.一种深海水下拖曳平台用应急解缆装置，外围设备包括铠装拖缆(13)、拖缆承重头(15)、拉环(16)、拉销钢丝(17)、声学释放器(18)，其特征在于，应急解缆装置包括头部活动堵头(2)、筒体(3)、活塞杆(4)、尾部固定端盖(11)、电插头组件以及拉销组件；筒体(3)和活塞杆(4)均为中空的圆柱状结构；活塞杆(4)安装在筒体(3)内，尾部一端的外圆加工一圈凸起，与筒体(3)的内壁配合，活塞杆(4)可在筒体(3)内滑动；同时，筒体(3)在尾部端部由尾部固定端盖(11)固定封堵；活塞杆(4)的中部与筒体(3)内壁形成环形空腔；活塞杆(4)的头部一端的外圆与筒体(3)内壁的一端凸起配合，同时，该端由头部活动堵头(2)封堵；

电插头组件包括拖缆端水密插座(1)、拖缆端电插头(6)、设备端电插头(8)和设备端水密插座(12)；拖缆端水密插座(1)与拖缆端电插头(6)连接，设备端水密插座(12)与设备端电插头(8)连接；拖缆端电插头(6)穿过头部活动堵头(2)的中心孔，进入到活塞杆(4)的空腔中，另一端的拖缆端水密插座(1)与头部活动堵头(2)固定连接；设备端电插头(8)穿过尾部固定端盖(11)的中心孔，进入到活塞杆(4)的空腔中，另一端的设备端水密插座(12)与尾部固定端盖(11)固定连接；拖缆端电插头(6)与设备端电插头(8)对插在一起；

所述拉销组件有两套，对称布置在筒体(3)的外表面；拉销组件包括拉销(5)与筒体(3)外表面加工的凸起，凸起沿筒体(3)中心轴平行方向加工的圆柱孔道；凸起上与圆柱形孔道垂直方向加工有贯通到活塞杆(4)空腔的进水孔；拉销(5)置于圆柱孔道内，拉销(5)可从圆柱孔道内拉出；

声学释放器(18)与应急解缆装置(19)均与水下被拖曳设备固连在一起，铠装拖缆(13)依次通过拖缆承重头(15)及拉环(16)与声学释放器(18)的释放钩连接，铠装拖缆(13)通过拖曳声学释放器(18)的方式拖曳整个水下设备进行工作，铠装拖缆(13)在位于拖缆承重头(15)部位分出水密缆(14)与拖缆端水密插座(1)连接，设备端电插头(8)则与水下设备连接，通过此方式实现铠装拖缆(13)与水下设备进行连接；拉环(16)上设置的两条拉销钢丝(17)一端与拉环(16)连接，另一端与两个拉销(5)一对一连接；所述水密缆(14)的缆长比拉销钢丝(17)长度要长。

2.根据权利要求1所述的一种深海水下拖曳平台用应急解缆装置，其特征在于，所述拉销组件还包括橡胶垫片(10)，安装在拉销(5)尾部端头，其外径比圆柱孔道内径大，并可随拉销(5)从圆柱孔道内拉出。

3.根据权利要求1所述的一种深海水下拖曳平台用应急解缆装置，其特征在于，在中空活塞杆(4)与尾部固定端盖(11)之间设置半圆支撑环(9)。

4.根据权利要求1所述的一种深海水下拖曳平台用应急解缆装置，其特征在于，拉销(5)的两端设置密封圈。

5.根据权利要求1所述的一种深海水下拖曳平台用应急解缆装置，其特征在于，所述活塞杆(4)的头部和尾部外圆均设置密封圈。

6.根据权利要求1所述的一种深海水下拖曳平台用应急解缆装置，其特征在于，所述筒体(3)与头部活动堵头(2)之间，筒体(3)与尾部固定端盖(11)之间设置有密封圈。

7.根据权利要求1所述的一种深海水下拖曳平台用应急解缆装置，其特征在于，设L1为拖缆端水密插座(1)连接拖缆端电插头(6)所留线缆长度，L2为设备端水密插座(12)连接设备端电插头(8)所留线缆长度，L3为筒体(3)中活动堵头(2)运动行程，L4为中空活塞杆(4)运动行程，L5为拖缆端水密插座(1)与设备端水密插座(12)间距；则满足：(L1+L2+L3)-L5<L4，以保证活动堵头(2)被完全推出筒体(3)且拖缆端电插头(6)与设备端电插头(8)完全被拉脱，同时还满足L1+L2>L5，以便于拖缆端电插头(6)与设备端电插头(8)对插装配操作。

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