CN113774868A - 一种深水地锚和纵索的水下连接装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深水地锚和纵索的水下连接装置及方法，其包括在地锚的顶部安装索节，索节上设置轴线正交的轴孔和第一绳孔，且索节的上部横截面为长方形；第一绳孔内穿设牵引绳；纵索的底部连接水下卸扣，水下卸扣的扣体开口的两端分别安装限位板，两块限位板与扣体围合形成略大于索节的上部横截面尺寸的长方形腔体，且索节的厚度略小于扣体的内壁净距，索节的宽度大于扣体的内壁净距；水下卸扣的扣体底面安装导向罩，导向罩上设置用于穿设牵引绳的第二绳孔；当牵引绳牵引导向罩到达索节上方时，导向罩滑入索节，旋转水下卸扣可使索节的上部伸入长方形腔体，且索节的轴孔与水下卸扣的销轴对中，销轴穿过索节的轴孔即可将地锚与纵索可靠连接。

Description

一种深水地锚和纵索的水下连接装置及方法

技术领域

本发明涉及深水地锚和索网结构中纵索的连接，特别是一种深水地锚和纵索的水下连接装置及方法。

背景技术

大型水库具有水温分层现象，若发电站取水口高程较低，在春、夏之交，机组发电会下泄低温水，在下游引起一系列严重的生态问题，比如影响下游鱼类繁殖，导致部分水生物灭绝等问题。针对这一现象，可在发电站取水口前沿整个河断面设置隔水幕墙，水库中下部的低温水被隔水幕墙阻挡，水库表层的正常水温水体从隔水幕墙顶部通过，进而提高发电站下泄水温，降低低温水对下游生态的不利影响。隔水幕墙所承受荷载巨大，荷载需通过索网结构传递至水面浮箱和库底地锚，保证地锚与索网结构的纵索可靠连接是项目成功的关键之一。

一般水下地锚工程可通过潜水员作业完成地锚和索网结构中纵索的连接，但是对于高坝大库，最大水深已达200m，属深水地锚工程，常规的空气潜水最大安全深度只有60m，无法完成深水地锚的连接工作。海洋工程中的饱和潜水作业方案可完成此项工作，但其造价昂贵，专用设备庞大，内陆运输困难，且属于高危作业。为控制项目成本、降低施工风险，可采用水下机器人(ROV)完成连接工作，但水下机器人工作远不如潜水员灵活，其两只机械手动作较为笨拙，现有的连接方案无法由其完成。因此，采用水下机器人完成深水地锚和纵索的连接需提出一种全新的水下连接技术方案和装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对目前水下机器人不能完成深水地锚和纵索连接的不足，本发明提供一种利用水下机器人(ROV)推、拉、旋转等简单操作即可在深水中完成深水地锚和纵索水下连接的装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种深水地锚和纵索的水下连接装置，包括安装在水底的地锚和一端连接水面浮箱的纵索，其中：

所述地锚的顶部竖直安装索节，所述索节的上部设置轴孔，中部设置第一绳孔，所述第一绳孔和所述轴孔分别在所述索节上水平设置，所述第一绳孔的轴线与所述轴孔的轴线正交，所述索节的上部横截面为长方形，所述长方形的长边的长度定义为所述索节的宽度，所述长方形的短边的长度定义为所述索节的厚度，所述轴孔开设在所述长方形的长边所在面上；

所述第一绳孔内穿设牵引绳；

所述纵索的底部连接水下卸扣，所述水下卸扣包括销轴和扣体，所述扣体的底部开口，所述开口的两端分别安装限位板，两块所述限位板与所述扣体的开口围合形成略大于所述索节的上部横截面尺寸的长方形腔体，且所述索节的厚度略小于所述扣体的内壁净距，所述索节的宽度大于所述扣体的内壁净距，同时所述索节的宽度略小于两块所述限位板的间距；

所述水下卸扣的扣体底面安装用于为所述索节导向的导向罩，所述导向罩上设置便于与所述牵引绳连接的第二绳孔；

所述牵引绳的一端穿过所述第二绳孔后连接所述纵索，另一端伸出水面供纵索与地锚连接操作用；

当所述牵引绳牵引所述导向罩到达所述索节上方，释放牵引绳，所述导向罩滑入所述索节的上部后，水下机器人旋转调整所述水下卸扣，使所述索节的上部伸入所述长方形腔体，实现所述索节的轴孔与所述水下卸扣的销轴对中，水下机器人将水下卸扣的销轴穿过所述索节的轴孔就可将所述水下卸扣与所述索节锁合，即实现地锚与纵索的连接。

如上所述，利用本发明装置，只需通过水下机器人推、拉销轴，旋转水下卸扣及导向罩等简单操作即可完成深水地锚和纵索的水下连接，避免了潜水员的深水作业，具有成本低、效率高、安全性好等优点。

优选地，所述导向罩包括喇叭口管和环形连接板，所述环形连接板的上端与所述水下卸扣的扣体连接，所述环形连接板的下端与所述喇叭口管的小端连接，所述喇叭口管上设置所述第二绳孔。

为方便导向罩滑入索节上部及旋转调整水下卸扣，所述索节的顶部设置为圆弧面或半球面。

为实现索节轴孔与水下卸扣销轴对中时的竖向限位，所述扣体内设置与所述索节的顶部匹配的内座面。

优选地，所述水下卸扣的开口两侧相对设置第一锁孔和第二锁孔，所述第一锁孔的外侧面安装套筒，所述套筒内间隙配合安装所述销轴，所述销轴的一端伸出所述套筒，所述销轴的另一端与所述第一锁孔、第二锁孔的内径配合，且所述套筒、所述销轴、所述第一锁孔、所述第二锁孔共轴线设置；

所述销轴的中部设置第一凹槽，所述套筒上竖直安装导向座，所述导向座内安装锁定销和弹簧，所述弹簧套设在所述锁定销上，且所述锁定销的一端伸出所述导向座，另一端穿过所述套筒并在弹簧作用下伸入所述销轴的第一凹槽。

这样，本发明水下卸扣不仅通过水下机器人(ROV)推动或旋转销轴就可将销轴插入第一锁孔和第二锁孔中，使水下卸扣与索节连接，而且通过在套筒上竖直安装导向座，所述导向座内安装锁定销和弹簧，当水下卸扣的销轴穿轴到位后，利用弹簧弹力可将锁定销自动弹出并伸入销轴的第一凹槽内实现销轴的自锁防松。拉起锁定销同时压缩弹簧可使锁定销退出第一凹槽，解除销轴的锁定，拉动或反向旋转销轴即可退出销轴，完成水下卸扣的拆卸。如此，本发明利用水下机器人(ROV)推、拉、旋转等简单操作即可在深水中完成卸扣的安装、自锁及拆卸，且不管是销轴位于水平状态，还是竖直状态都可实现其自锁或拆卸。

为使本发明在水下能保持销轴水平状态，所述第二锁孔的外侧面安装配重块。

为保证销轴和第二锁孔的配合长度，在所述配重块的靠近扣体一侧的内部设置与所述销轴的端部匹配的第二凹槽，使所述销轴的端部可伸入所述第二凹槽。

为方便上锁过程中，第二锁孔内的水排出，所述第二凹槽上开设排水孔与外部连通。

为方便对锁定销的控制，所述锁定销包括拉环和销体，所述拉环置于所述导向座的外面，所述销体的一端连接所述拉环，另一端穿过所述套筒。

为方便对销轴的控制，所述销轴的外端安装手柄。

优选地，所述套筒的外端安装端盖，所述端盖的中部设置螺纹孔，所述销轴上设置螺纹段，所述螺纹孔与所述螺纹段螺纹连接，使所述销轴的轴向移动更为平稳。

优选地，所述销轴包括从外至内依次设置的光杆段、螺纹段和光轴段，所述光杆段的端部连接手柄，所述光轴段上设置环状的所述第一凹槽。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种深水地锚和纵索的水下连接方法，其利用所述的深水地锚和纵索的水下连接装置，且具体步骤为：

S1：水库库底的地锚施工时，牵引绳的中部穿过索节的第一绳孔，并随索节一同与地锚安装固定在水库库底，且索节露出并垂直于河床，牵引绳的两端临时固定在水面浮箱上；

S2：地锚和纵索连接时，在水面上完成水下卸扣与纵索的连接，并将水下卸扣的销轴退出，牵引绳的一端穿过导向罩的第二绳孔后连接于纵索的下端，以适当的速度向上拽拉牵引绳的另一端，同时以相应速度向下释放纵索，当牵引绳拽拉一定长度后，水下卸扣被牵引至索节的附近，再释放一定长度的牵引绳，使牵引绳处于松弛状态；

S3：通过水下机器人操作导向罩，使其移动至索节的上方，再缓慢下放导向罩，使索节插入导向罩的喇叭口管；

S4：水下机器人旋转水下卸扣以调整水下卸扣的方位，当水下卸扣的长方形腔体与索节的上部对齐时，水下卸扣在自重作用下坐落在索节上，水下卸扣的内座面与索节的顶部接触，且索节的上部四周及顶面受到水下卸扣的扣体内壁和限位板的约束定位，水下卸扣的销轴与索节的轴孔实现对中；

S5：旋转水下卸扣的手柄进行销轴的穿轴，水下卸扣穿轴到位后，水下卸扣的锁定销自动弹出卡住销轴上的第一凹槽，即完成了地锚和纵索的可靠连接。

本发明结构特点是：索节位于地锚顶部，纵索通过水下卸扣与索节连接；导向罩固定在水下卸扣上，可实现水下卸扣穿轴连接时的导向和定位功能；牵引绳从索节的第一绳孔穿过，可实现连接装置的初步定位。所述索节通过压制或螺纹固定在地锚顶部，索节中部设置第一绳孔，且第一绳孔的两端对称设置为喇叭形开口，索节上部设置圆柱型的轴孔，第一绳孔与轴孔的轴线正交。所述水下卸扣具有自锁防松功能，适应于水下机器人机械手的操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明深水地锚和纵索的水下连接装置一实施例的结构示意图；

图2是本发明深水地锚和纵索的水下连接装置进行水下连接的三维轴测视图，其中A为导向罩牵引下放状态，B为导向罩靠近定位状态，C为纵索与地锚连接完成状态；

图3是本发明中索节的主视图；

图4是图3的A－A剖视图；

图5是图3的B－B剖视图；

图6是本发明中水下卸扣、限位板、导向罩连接结构的三维轴测视图；

图7是本发明中水下卸扣穿轴前的剖面图；

图8是本发明中水下卸扣穿轴后的剖面图；

图9是本发明中水下卸扣的三维结构图；

图10是图8的A处放大图；

图11是导向罩的三维轴测视图；

图12是限位板的三维轴测视图。

图中：1-索节；2-导向罩；3-限位板；4-水下卸扣；5-水下机器人；6-牵引绳；7-地锚；8-水库库底；9-纵索；10-浮箱；

11-第一绳孔；12-轴孔；13-顶面；

41-扣体；42-锁定销；43-套筒；44-端盖；45-销轴；46-手柄；47-配重块；48-导向座；49-弹簧；411-第一锁孔；412-第二锁孔；413-内座面；421-拉环；422-销体；451-光杆段；452-螺纹段；453-第一凹槽；454-光轴段；471-第二凹槽；472-排水孔。

具体实施方式

以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

为了便于描述，各部件的相对位置关系，如：上、下、左、右等的描述均是根据说明书附图的布图方向来进行描述的，并不对本专利的结构起限定作用。

如图1－图6所示，本发明深水地锚和纵索的水下连接装置一实施例包括索节1、导向罩2、限位板3、水下卸扣4、牵引绳6。索节1通过螺纹竖直安装固定在位于水库库底8的地锚7顶部。索节1的顶部13设置为圆弧面或半球面，上部设置圆柱型的轴孔12，中部设置两端为喇叭型口的第一绳孔11，第一绳孔11和轴孔12分别在索节1上水平设置，且第一绳孔11的轴线与轴孔12的轴线正交。索节1的上部横截面为长方形，将长方形的长边的长度定义为索节1的宽度，长方形的短边的长度定义为索节1的厚度。轴孔12开设在长方形的长边所在面上。

纵索9的底部经普通卸扣连接水下卸扣4。如图7－图10所示，水下卸扣4主要由扣体41、锁定销42、套筒43、端盖44、销轴45、手柄46、配重块47、导向座48及弹簧49等组成。其结构特点是：扣体41为Y型结构，且扣体41的开口端相对设置第一锁孔411和第二锁孔412，扣体41的开口内设置与所述索节1的顶部匹配的内座面413。所述第一锁孔411的外侧面与套筒43的右端法兰通过螺钉连接。所述套筒43、第一锁孔411、第二锁孔412内间隙配合安装销轴45，且所述套筒43、所述销轴45、所述第一锁孔411、所述第二锁孔412共轴线设置。所述销轴45包括从外至内依次设置的光杆段451、螺纹段452和光轴段454。所述光杆段451置于所述套筒43的外部，且光杆段451的端部螺纹连接手柄46，手柄46与光杆451组成便于水下机器人进行旋转操作的把手。所述套筒43的左端法兰与端盖44通过螺栓连接，所述端盖44的中心设置螺纹孔，所述螺纹孔与所述螺纹段452螺纹连接。所述光轴段454的外径与所述第一锁孔411、第二锁孔412的内径配合。所述光轴段454上设置环状的第一凹槽453。所述套筒43靠近卸扣的筒壁上竖直安装导向座48，导向座48的顶部端板上开设圆孔。所述导向座48内安装锁定销42和弹簧49，所述弹簧49套设在所述锁定销42上，且所述锁定销42的一端伸出所述导向座48，另一端穿过所述套筒43并在弹簧48作用下伸入所述销轴45的第一凹槽453。所述锁定销42包括拉环421和销体422，所述拉环421置于所述导向座48的外面，所述销体422的一端连接所述拉环421，另一端穿过所述套筒43。销体422的穿过套筒端为半球形凸台，以方便伸入所述第一凹槽453。配重块47的端部法兰与扣体41上的第二锁孔412外侧面通过螺钉连接，配重块47靠近扣体一侧内部设置第二凹槽471，且第二凹槽471上开设排水孔472与外部连通。

水下卸扣4组装时，将弹簧49套于销体422上，然后将锁定销42的螺纹段从导向座48的顶部圆孔伸出与拉环421连接。组装完成后，锁定销42可在导向座48内沿销体422的轴向运动，拉起拉环421，弹簧49被压缩，松掉拉环421，弹簧49将销体422的凸台向套筒43的中心线顶出。

导向罩2固定在水下卸扣4的底部，且如图11所示，导向罩2包括喇叭口管21和环形连接板22，所述环形连接板22的上端与所述水下卸扣4的扣体41连接，所述环形连接板22的下端与所述喇叭口管21的小端连接，所述喇叭口管21上设置第二绳孔23。如图6及图12所示，两块限位板3分别固定在水下卸扣4的开口的两端。两块限位板3与扣体41的内壁形成略大于索节1的上部横截面尺寸的长方形腔体，且索节1的厚度略小于扣体41的内壁净距L，索节1的宽度大于扣体41的内壁净距L，同时索节1的宽度略小于两块限位板3的间距，以方便索节1的轴孔12与水下卸扣4的销轴45的对中，并限制水下卸扣4绕其自身竖向轴线的转动。

牵引绳6的一端61穿过第一绳孔11、第二绳孔23后与纵索9的底部普通卸扣连接，牵引绳6的另一端62与水面浮箱10连接。

所述地锚7和纵索9的水下连接时，具体步骤为：

S1：水库库底8的地锚7施工时，牵引绳6的中部穿过索节1的第一绳孔11，并随索节1一同与地锚7安装固定在水库库底8，且索节1露出并垂直于河床，牵引绳6的两端临时固定在水面浮箱10上；

S2：地锚7和纵索9连接时，首先，在水面上完成水下卸扣4与纵索9的连接，并将水下卸扣4的销轴45退出，牵引绳6的一端61穿过导向罩2的第二绳孔23后连接于纵索9的下端。再者，以适当的速度向上拽拉牵引绳6的另一端62，同时以相应速度向下释放纵索9，当牵引绳6拽拉一定长度后，水下卸扣4被牵引至索节1的附近，再释放一定长度的牵引绳6，使牵引绳6处于松弛状态；

S3：通过水下机器人5操作导向罩2，使其移动至索节1的上方，再缓慢下放导向罩2，使索节1插入导向罩2的喇叭口管21；

S4：水下机器人5旋转水下卸扣4以调整水下卸扣4的方位，当水下卸扣4的长方形腔体与索节1的上部对齐时，水下卸扣4在自重作用下坐落在索节1上，水下卸扣4的内座面413与索节1的顶部13接触，且索节1的上部四周及顶面受到水下卸扣的扣体41内壁和限位板3的约束定位，水下卸扣4的销轴42与索节的轴孔12实现对中；

S5：旋转水下卸扣的手柄46，通过螺纹传动使销轴45轴向移动，销轴45接触配重块47的第二凹槽471后，水下卸扣4的穿轴完成，此时，锁定销42的销体422自动弹出，销体422的头部与销轴45的第一凹槽453卡合，限制销轴45的轴向移动，防止销轴45退出，实现销轴45的自锁防松，即完成了地锚7和纵索9的可靠连接。

牵引绳6在完成水下卸扣4的牵引工作后，可根据现场情况决定是否剪断拆除。

水下卸扣4拆卸时，利用水下机器人5拉起锁定销42的拉环421，销体422的头部与销轴45的第一凹槽453脱离，即可解除销轴45的锁定，水下机器人5反向旋转手柄46即可完成销轴45的退出，完成拆卸。

以上所述，仅为本发明的具体实施方案，但本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种深水地锚和纵索的水下连接装置，包括安装在水底的地锚(7)和一端连接水面浮箱(10)的纵索(9)，其特征在于，

所述地锚的顶部竖直安装索节(1)，所述索节的上部设置轴孔(12)，中部设置第一绳孔(11)，所述第一绳孔和所述轴孔分别在所述索节上水平设置，所述第一绳孔的轴线与所述轴孔的轴线正交，所述索节的上部横截面为长方形，所述长方形的长边的长度定义为所述索节的宽度，所述长方形的短边的长度定义为所述索节的厚度，所述轴孔开设在所述长方形的长边所在面上；

所述第一绳孔内穿设牵引绳；

所述纵索的底部连接水下卸扣(4)，所述水下卸扣包括销轴(45)和扣体(41)，所述扣体的底部开口，所述开口的两端分别安装限位板(3)，两块所述限位板与所述扣体的开口围合形成略大于所述索节的上部横截面尺寸的长方形腔体，且所述索节的厚度略小于所述扣体的内壁净距，所述索节的宽度大于所述扣体的内壁净距(L)，同时所述索节的宽度略小于两块所述限位板的间距；

所述水下卸扣的扣体底面安装用于为所述索节导向的导向罩(2)，所述导向罩上设置便于与所述牵引绳连接的第二绳孔(23)；

所述牵引绳的一端穿过所述第二绳孔后连接所述纵索，另一端伸出水面供连接操作用；

当所述牵引绳牵引所述导向罩到达所述索节上方，释放牵引绳，所述导向罩滑入所述索节的上部后，水下机器人(5)旋转调整所述水下卸扣，使所述索节的上部伸入所述长方形腔体，实现所述索节的轴孔与所述水下卸扣的销轴对中，水下机器人将水下卸扣的销轴穿过所述索节的轴孔而将所述水下卸扣与所述索节锁合。

2.根据权利要求1所述的深水地锚和纵索的水下连接装置，其特征在于，所述导向罩包括喇叭口管(21)和环形连接板(22)，所述环形连接板的上端与所述水下卸扣的扣体连接，所述环形连接板的下端与所述喇叭口管的小端连接，所述喇叭口管上设置所述第二绳孔(23)。

3.根据权利要求1所述的深水地锚和纵索的水下连接装置，其特征在于，所述索节的顶部(13)设置为圆弧面或半球面，所述扣体内设置与所述索节的顶部匹配的内座面(413)。

4.根据权利要求1所述的深水地锚和纵索的水下连接装置，其特征在于，所述水下卸扣的开口两侧相对设置第一锁孔(411)和第二锁孔(412)，所述第一锁孔的外侧面安装套筒(43)，所述套筒内间隙配合安装所述销轴(45)，所述销轴的一端伸出所述套筒，所述销轴的另一端与所述第一锁孔、第二锁孔的内径配合，且所述套筒、所述销轴、所述第一锁孔、所述第二锁孔共轴线设置；

所述销轴的中部设置第一凹槽(453)，所述套筒上竖直安装导向座(48)，所述导向座内安装锁定销(42)和弹簧(49)，所述弹簧套设在所述锁定销上，且所述锁定销的一端伸出所述导向座，另一端穿过所述套筒并在弹簧作用下伸入所述销轴的第一凹槽。

5.根据权利要求4所述的深水地锚和纵索的水下连接装置，其特征在于，所述第二锁孔的外侧面安装配重块(47)。

6.根据权利要求5所述的深水地锚和纵索的水下连接装置，其特征在于，所述配重块(47)的靠近扣体一侧的内部设置与所述销轴的端部匹配的第二凹槽(471)。

7.根据权利要求6所述的深水地锚和纵索的水下连接装置，其特征在于，所述第二凹槽上开设排水孔(472)与外部连通。

8.根据权利要求5所述的深水地锚和纵索的水下连接装置，其特征在于，所述套筒的外端安装端盖(44)，所述端盖的中心设置螺纹孔，所述销轴上设置螺纹段(452)，所述螺纹孔与所述螺纹段螺纹连接。

9.一种深水地锚和纵索的水下连接方法，其特征在于利用权利要求1－8中任一项所述的深水地锚和纵索的水下连接装置，且具体步骤为：

S1：水库库底(8)的地锚(7)施工时，牵引绳(6)的中部穿过索节(1)的第一绳孔(11)，并随索节一同与地锚安装固定在水库库底，且索节露出并垂直于河床，牵引绳的两端临时固定在水面浮箱(10)上；

S2：地锚(7)和纵索(9)连接时，在水面上完成水下卸扣(4)与纵索(9)的连接，并将水下卸扣的销轴退出，牵引绳的一端(61)穿过导向罩(2)的第二绳孔(23)后连接于纵索(9)的下端，以适当的速度向上拽拉牵引绳的另一端(62)，同时以相应速度向下释放纵索(9)，当牵引绳拽拉一定长度后，水下卸扣被牵引至索节(1)的附近，再释放一定长度的牵引绳，使牵引绳处于松弛状态；

S3：通过水下机器人(5)操作导向罩(2)，使其移动至索节的上方，再缓慢下放导向罩，使索节插入导向罩的喇叭口管(21)；

S4：水下机器人旋转水下卸扣以调整水下卸扣的方位，当水下卸扣的长方形腔体与索节的上部对齐时，水下卸扣在自重作用下坐落在索节上，水下卸扣的内座面(45)与索节的顶部(13)接触，且索节的上部四周及顶面受到水下卸扣的扣体(41)内壁和限位板(3)的约束定位，水下卸扣的销轴(42)与索节的轴孔(12)实现对中；

S5：旋转水下卸扣的手柄(46)进行销轴(42)的穿轴，水下卸扣穿轴到位后，水下卸扣的锁定销(43)自动弹出卡住销轴上的第一凹槽(421)，即完成了地锚和纵索的可靠连接。

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