CN115041741A - 基于深海环境压力的水下剪切器及剪切方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于深海环境压力的水下剪切器及剪切方法，包括缸底，缸底的一端通过紧固件安装耐压罐体，缸底的一端中间位置通过密封垫安装可控油口开关元件；缸底内部设置有互相垂直的轴向过流孔和径向过流孔，缸底的另一端设置有槽口，开有槽口的缸底处配合安装有缸体，所述槽口与缸体之间形成一号通道，缸体上开有与径向过流孔连通的油液过流孔，形成二号通道，所述缸体内部通过密封装置配合安装有活塞，所述活塞的端部安装有导向套，导向套同时与缸体配合固定，所述导向套内部滑动连接动刀，导向套上还插入有定刀，被切对象位于动刀和定刀之间，活塞带动动刀朝向定刀的方向运动，实现剪切，工作可靠。

Description

基于深海环境压力的水下剪切器及剪切方法
技术领域
本发明涉及深海作业工具技术领域，尤其是一种基于深海环境压力的水下剪切器及剪切方法。
背景技术
水下剪切器是水下维护、救援、破除等作业任务的重要作业工具，随着水下作业任务复杂程度的提高，作业方式逐渐向无人化、远程操控、延时作业、高效无动力等趋势发展。
现有技术中的水下剪切装置主要为液压动力驱动，通过配置液压动力源及控制阀以驱动剪切油缸进行现场剪切作业。此方式结构和系统复杂，体积重量大，效率低，无法实现延时作业和远程遥控作业。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种基于深海环境压力的水下剪切器及剪切方法，从而可以方便的完成深海作业环境下的剪切作业工作，结构简单，工作效率高，工作可靠性好。
本发明所采用的技术方案如下：
一种基于深海环境压力的水下剪切器，包括缸底，所述缸底的一端通过紧固件安装耐压罐体，所述缸底的一端中间位置通过密封垫安装可控油口开关元件，所述可控油口开关元件下方的缸底的端面固定有水声信号接收模块，所述水声信号接收模块通过电缆连接水声信号接收天线，水声信号接收天线通过水密插头穿过耐压罐体至于海水环境中；所述缸底内部设置有互相垂直的轴向过流孔和径向过流孔，所述缸底的另一端设置有槽口，开有槽口的缸底处配合安装有缸体，所述槽口与缸体之间形成一号通道(L1)，缸体上开有与径向过流孔连通的油液过流孔，形成二号通道(L2)，所述缸体内部通过密封装置配合安装有活塞，所述活塞的端部安装有导向套，导向套同时与缸体配合固定，所述导向套内部滑动连接动刀，导向套上还插入有定刀，被切对象位于动刀和定刀之间，活塞带动动刀朝向定刀的方向运动，实现剪切；所述缸体、活塞、导向套、缸底和耐压罐体均位于同一轴线位置。
作为上述技术方案的进一步改进：
可控油口开关元件采用电爆堵头或无泄漏电磁阀。
所述活塞呈“T”字型结构。
所述活塞和导向套上均设置有密封圈，活塞与缸底之间形成无杆腔V0，活塞与导向套之间形成有杆腔V1，有杆腔V1和外界海水环境隔离；耐压罐体与缸底之间形成耐压罐腔V2。
所述导向套的一端设置有法兰，所述法兰与缸体连接，所述导向套的另一端开有横向的U形孔，U形孔的内侧开有对称的导向槽，所述动刀沿着导向槽滑动，U形孔的两侧分别开有销轴孔，所述销轴孔内插入定刀，U形孔的两侧沿着轴向方向均设置有弹簧柱销，分别为一号弹簧柱销和二号弹簧柱销。
所述销轴孔内侧切有一内平面。
所述一号弹簧柱销和二号弹簧柱销与定刀配合。
所述定刀呈圆柱体结构，所述定刀的外表面设置有缺口，所述定刀的外表面还设置有平面；所述缺口与一号弹簧柱销和二号弹簧柱销对应。
所述耐压罐体呈空心薄壁结构。
一种基于深海环境压力的水下剪切器的剪切方法，包括如下操作步骤：
初始状态时：
海水通过缸底的通道L1进入无杆腔V0，深海环境压力作用于活塞的端部，使活塞有伸出运动趋势；
有杆腔V1充满液压油，耐压罐腔V2被电爆堵头隔离，有杆腔V1端油液无法泄压，无杆腔V0和有杆腔V1两端压力平衡，活塞处于相对静止状态；
当剪切作业时：
远程信号发射装置向剪切器发射启动信号，水声信号接收模块接收到信号后控制电爆堵头引爆，电爆堵头引爆后从缺口处断裂，密封垫片随堵头一起脱落，密封失效；
有杆腔V1的油液过流孔向耐压罐泄压，外界海水沿通道L1进入无杆腔V0，并推动活塞和动刀朝定刀方向运动，实现剪切功能。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过缸体、活塞、导向套、定刀与动刀等部件之间的互相配合工作，可以方便的完成在深海环境压力下的剪切工作，其动作灵敏，工作可靠性好。
同时，本发明还具备如下优点：
1)本发明通过控制有杆腔与耐压腔的通断，利用深海环境压力推动活塞运动实现剪切作业，结构简单，无需动力源。
2)深度越大剪切力越大，特别适合大潜深环境。
3)剪切力特性平稳，剪切过程中剪切力保持不变。
4)有缸腔采用充油设计，静态时，剪切器缸体内外压平衡，对活塞密封和杆端密封要求较低，密封可靠性高。
5)内外压平衡结构，剪切作业时，缸底与缸体、缸体与导向套连接部位不受剪切时产生的拉力，无需高强度连接，结构小巧紧凑。
6)爆炸堵头密封结构，无电磁阀泄漏风险，持久保压，可靠不误切。
7)设置水声信号接收模块，可远程遥控。
8)水声信号接收模块内置于耐压罐内，结构紧凑。
9)动刀双弹簧柱销定位，便于锁紧操作和防止动刀掉落。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的结构示意图(初始状态)。
图3为本发明的结构示意图(引爆剪切状态)。
图4为本发明导向套的结构示意图。
图5为本发明导向套与定刀打开状态下的结构示意图。
图6为本发明导向套与定刀关闭状态下的结构示意图。
图7为本发明定刀的结构示意图。
其中：1、缸体；2、活塞；3、导向套；4、动刀；5、定刀；6、缸底；7、耐压罐体；8、电爆堵头；9、水声信号接收模块；10、油液过流孔；11、被切对象；
31、导向槽；33、销轴孔；
321、一号弹簧柱销；322、二号弹簧柱销；
51、缺口；52、平面；
61、轴向过流孔；62、径向过流孔；
81、密封垫；
91、水声信号接收天线；
V0、无杆腔；V1、有杆腔；V2、耐压罐腔；
L1、一号通道；L2、二号通道。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1-图7所示，本实施例的基于深海环境压力的水下剪切器，包括缸底6，缸底6的一端通过紧固件安装耐压罐体7，缸底6的一端中间位置通过密封垫81安装可控油口开关元件，可控油口开关元件下方的缸底6的端面固定有水声信号接收模块9，水声信号接收模块9通过电缆连接水声信号接收天线91，水声信号接收天线91通过水密插头穿过耐压罐体7至于海水环境中；缸底6内部设置有互相垂直的轴向过流孔61和径向过流孔62，缸底6的另一端设置有槽口，开有槽口的缸底6处配合安装有缸体1，槽口与缸体1之间形成一号通道L1，缸体1上开有与径向过流孔62连通的油液过流孔10，形成二号通道L2，缸体1内部通过密封装置配合安装有活塞2，活塞2的端部安装有导向套3，导向套3同时与缸体1配合固定，导向套3内部滑动连接动刀4，导向套3上还插入有定刀5，被切对象11位于动刀4和定刀5之间，活塞2带动动刀4朝向定刀5的方向运动，实现剪切；缸体1、活塞2、导向套3、缸底6和耐压罐体7均位于同一轴线位置。
可控油口开关元件采用电爆堵头8或无泄漏电磁阀。
活塞2呈“T”字型结构。
活塞2和导向套3上均设置有密封圈，活塞2与缸底6之间形成无杆腔V0，活塞2与导向套3之间形成有杆腔V1，有杆腔V1和外界海水环境隔离；耐压罐体7与缸底6之间形成耐压罐腔V2。
导向套3的一端设置有法兰，法兰与缸体1连接，导向套3的另一端开有横向的U形孔，U形孔的内侧开有对称的导向槽31，动刀4沿着导向槽31滑动，U形孔的两侧分别开有销轴孔33，销轴孔33内插入定刀5，U形孔的两侧沿着轴向方向均设置有弹簧柱销，分别为一号弹簧柱销321和二号弹簧柱销322。
销轴孔33内侧切有一内平面。
一号弹簧柱销321和二号弹簧柱销322与定刀5配合。
定刀5呈圆柱体结构，定刀5的外表面设置有缺口51，定刀5的外表面还设置有平面52；缺口51与一号弹簧柱销321和二号弹簧柱销322对应。
耐压罐体7呈空心薄壁结构。
本实施例的基于深海环境压力的水下剪切器的剪切方法，包括如下操作步骤：
初始状态时：
海水通过缸底1的通道L1进入无杆腔V0，深海环境压力作用于活塞2的端部，使活塞2有伸出运动趋势；
有杆腔V1充满液压油，耐压罐腔V2被电爆堵头8隔离，有杆腔V1端油液无法泄压，无杆腔V0和有杆腔V1两端压力平衡，活塞2处于相对静止状态；
当剪切作业时：
远程信号发射装置向剪切器发射启动信号，水声信号接收模块9接收到信号后控制电爆堵头8引爆，电爆堵头8引爆后从缺口处断裂，密封垫片81随堵头一起脱落，密封失效；
有杆腔V1的油液过流孔10向耐压罐7泄压，外界海水沿通道L1进入无杆腔V0，并推动活塞2和动刀4朝定刀5方向运动，实现剪切功能。
本发明的具体结构和功能如下：
主要包括缸体1、活塞2、导向套3、缸底6、耐压罐体7，动刀4、定刀5、电爆堵头8、水声信号接收模块9。
其中缸体1、活塞2、导向套3、缸底6、耐压罐体7沿轴线装于一体，形成无杆腔V0、有杆腔V1和耐压罐腔V2。
活塞2上和导向套3上均设置密封圈，分别将无杆腔V0和有杆腔V1、有杆腔V1和外界海水环境隔离。
动刀4安装于活塞2的杆端，导向套3内孔侧面设置了导向槽31，动刀4可在该导向槽31内随着活塞2的运动轴向运动。
导向套3上设置了非圆形的销轴孔33，定刀5安装于该销轴孔33内。
导向套3端部沿轴向设置了两个弹簧柱销，定刀5上设置了一个缺口51。
在定刀5打开状态时，该缺口51卡入弹簧柱销，防止定刀5脱落或自动关闭，在需要关闭定刀5时，通过外力推动定刀5克服弹簧柱销作用力，将定刀5推入销轴孔33的另外一端并卡入弹簧柱销，定刀5关闭，防止在剪切作业时定刀5脱落。
缸底6与缸体1连接面处在缸底6侧设置了一个槽口，该槽口与缸体1形成过流通道L1，无杆腔V0通过该一号通道L1与外界海水连通。
缸体1在其内外壁之间设置了一个油液过流孔10，缸底6设置了径向过流孔62和轴向过流孔61，该系列孔形成了一个过流通道L2，有杆腔V1可通过该通道与耐压罐腔连通。
在缸底6靠耐压罐端沿轴线设置了电爆堵头8和密封垫片81，电爆堵头8压紧密封垫片81将耐压罐腔V2与有杆腔V1的连接通道L2断开隔离。电爆堵头8的引爆器通过电缆连接耐压罐内的水声信号接收模块9，信号接收天线91通过水密插头穿过耐压罐体置于海水环境。
有缸腔V1内充满液压油，耐压罐腔V2内为常压空气，耐压罐内有效容积大于有杆腔容积。
本发明的工作原理为：
初始状态时，海水通过缸底6通道L1进入无杆腔V0，深海环境压力作用于活塞2的端部，使活塞2有伸出运动趋势。有杆腔V1充满液压油，且其与耐压罐腔V2的通道L2被电爆堵头8隔离，有杆腔V1端油液无法泄压，无杆腔V0和有杆腔V1两端压力平衡，活塞2处于相对静止状态。当剪切作业时，远程信号发射装置向剪切器发射启动信号，水声信号接收模块9接收到信号后控制电爆堵头8引爆，电爆堵头8引爆后从缺口处断裂，密封垫片81随堵头一起脱落，密封失效，有杆腔V1的油液过流孔10向耐压罐泄压，外界海水沿通道L1进入无杆腔V0，并推动活塞2和动刀4朝定刀5方向运动，实现剪切功能。
本发明剪切方便，工作可靠性好，安全系数高。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (10)

1.一种基于深海环境压力的水下剪切器，其特征在于：包括缸底(6)，所述缸底(6)的一端通过紧固件安装耐压罐体(7)，所述缸底(6)的一端中间位置通过密封垫(81)安装可控油口开关元件，所述可控油口开关元件下方的缸底(6)的端面固定有水声信号接收模块(9)，所述水声信号接收模块(9)通过电缆连接水声信号接收天线(91)，水声信号接收天线(91)通过水密插头穿过耐压罐体(7)至于海水环境中；所述缸底(6)内部设置有互相垂直的轴向过流孔(61)和径向过流孔(62)，所述缸底(6)的另一端设置有槽口，开有槽口的缸底(6)处配合安装有缸体(1)，所述槽口与缸体(1)之间形成一号通道(L1)，缸体(1)上开有与径向过流孔(62)连通的油液过流孔(10)，形成二号通道(L2)，所述缸体(1)内部通过密封装置配合安装有活塞(2)，所述活塞(2)的端部安装有导向套(3)，导向套(3)同时与缸体(1)配合固定，所述导向套(3)内部滑动连接动刀(4)，导向套(3)上还插入有定刀(5)，被切对象(11)位于动刀(4)和定刀(5)之间，活塞(2)带动动刀(4)朝向定刀(5)的方向运动，实现剪切；所述缸体(1)、活塞(2)、导向套(3)、缸底(6)和耐压罐体(7)均位于同一轴线位置。
2.如权利要求1所述的基于深海环境压力的水下剪切器，其特征在于：可控油口开关元件采用电爆堵头(8)或无泄漏电磁阀。
3.如权利要求1所述的基于深海环境压力的水下剪切器，其特征在于：所述活塞(2)呈“T”字型结构。
4.如权利要求1所述的基于深海环境压力的水下剪切器，其特征在于：所述活塞(2)和导向套(3)上均设置有密封圈，活塞(2)与缸底(6)之间形成无杆腔(V0)，活塞(2)与导向套(3)之间形成有杆腔(V1)，有杆腔(V1)和外界海水环境隔离；耐压罐体(7)与缸底(6)之间形成耐压罐腔(V2)。
5.如权利要求1所述的基于深海环境压力的水下剪切器，其特征在于：所述导向套(3)的一端设置有法兰，所述法兰与缸体(1)连接，所述导向套(3)的另一端开有横向的U形孔，U形孔的内侧开有对称的导向槽(31)，所述动刀(4)沿着导向槽(31)滑动，U形孔的两侧分别开有销轴孔(33)，所述销轴孔(33)内插入定刀(5)，U形孔的两侧沿着轴向方向均设置有弹簧柱销，分别为一号弹簧柱销(321)和二号弹簧柱销(322)。
6.如权利要求5所述的基于深海环境压力的水下剪切器，其特征在于：所述销轴孔(33)内侧切有一内平面。
7.如权利要求5所述的基于深海环境压力的水下剪切器，其特征在于：所述一号弹簧柱销(321)和二号弹簧柱销(322)与定刀(5)配合。
8.如权利要求5所述的基于深海环境压力的水下剪切器，其特征在于：所述定刀(5)呈圆柱体结构，所述定刀(5)的外表面设置有缺口(51)，所述定刀(5)的外表面还设置有平面(52)；所述缺口(51)与一号弹簧柱销(321)和二号弹簧柱销(322)对应。
9.如权利要求1所述的基于深海环境压力的水下剪切器，其特征在于：所述耐压罐体(7)呈空心薄壁结构。
10.一种基于深海环境压力的水下剪切器的剪切方法，其特征在于：包括如下操作步骤：
初始状态时：
海水通过缸底(1)的通道(L1)进入无杆腔(V0)，深海环境压力作用于活塞(2)的端部，使活塞(2)有伸出运动趋势；
有杆腔(V1)充满液压油，耐压罐腔(V2)被电爆堵头(8)隔离，有杆腔(V1)端油液无法泄压，无杆腔(V0)和有杆腔(V1)两端压力平衡，活塞(2)处于相对静止状态；
当剪切作业时：
远程信号发射装置向剪切器发射启动信号，水声信号接收模块(9)接收到信号后控制电爆堵头(8)引爆，电爆堵头(8)引爆后从缺口处断裂，密封垫片(81)随堵头一起脱落，密封失效；
有杆腔(V1)的油液过流孔(10)向耐压罐(7)泄压，外界海水沿通道(L1)进入无杆腔(V0)，并推动活塞(2)和动刀(4)朝定刀(5)方向运动，实现剪切功能。
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