CN116039835B - 一种机械式抗冲击防吸附深海潜器坐底装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机械式抗冲击防吸附深海潜器坐底装置，包括坐底装置框架、海水缸、活塞、连接杆，连接于活塞下端并穿过活塞腔向下延伸的坐底靴组件，所述坐底装置框架内设置有分别位于活塞上下侧且仅能进液的第一进液流道和第二进液流道，所述坐底装置框架位于活塞上侧设置有仅能出液的出液流道，所述连接杆内设置有能够将活塞腔内液体自坐底靴组件底部引出的坐底靴流道。本发明通过采用了机械式的底部注水和坐底缓冲装置，结构简单可靠，无需人为判断和操作，响应时间快。大大减小了深海潜器坐底时，潜器结构所受坐底冲击力；大大减小了潜器离底时底部所受吸附力，该坐底装置极大程度保障了坐离底时潜器结构安全和人员生命安全。
Description
技术领域
本发明涉及潜器坐底离底技术领域，尤其是一种机械式抗冲击防吸附深海潜器坐底装置。
背景技术
深海潜器在海底有坐底的需求，在海底土质中坐底，既要保证深海结构物不会发生下陷失稳，也要保证潜器离底时正浮力能够克服吸附力完成上浮。国内现有深海潜器如蛟龙号、深海勇士号和奋斗者号的质量和坐底负浮力均相对较小，坐底装置的底面积设计值较小，离底时需要克服的吸附力也较小，故能安全实现坐离底，不需要针对坐底装置采取特殊的防吸附措施。
但对于质量较大、坐底负浮力也较大的深海潜器，为避免发生下陷失稳，坐底装置底面积尺寸设计值较大，较大的坐底装置底面积会使深海结构物离底时承受较大的吸附力，深海潜器提供的正浮力将不足以克服吸附力完成上浮，对潜器安全性造成严重影响。
许多学者对吸附力的组成进行了试验研究，研究结果表明，负空隙水压力是吸附力最主要组成部分，占吸附力比值68.4%~100%不等，因此可通过降低负空隙水压力来大大减小离底吸附力。
基于此，我们提出一种机械式抗冲击防吸附深海潜器坐底装置。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种机械式抗冲击防吸附深海潜器坐底装置，从而大大减小了深海潜器坐底时，潜器结构所受坐底冲击力；大大减小了潜器离底时底部所受吸附力，该坐底装置极大程度保障了坐离底时潜器结构安全和人员生命安全。
本发明所采用的技术方案如下：
一种机械式抗冲击防吸附深海潜器坐底装置，包括：
坐底装置框架，所述坐底装置框架自底壁垂直向上开设有空腔；
海水缸，置于空腔内顶壁上，海水缸内开设有活塞腔；
活塞，垂直滑动在活塞腔中；
连接杆，连接于活塞下端并穿过活塞腔向下延伸；
坐底靴组件，连接于连接杆下端并用于对无杆腔进行支撑；
所述坐底装置框架内设置有分别位于活塞上下侧且仅能进液的第一进液流道和第二进液流道；
所述坐底装置框架位于活塞上侧设置有仅能出液的出液流道；
所述连接杆内设置有能够将活塞腔内液体自坐底靴组件底部引出的坐底靴流道。
其进一步特征在于：
所述坐底靴组件呈喇叭状设置，且坐底靴组件的底部设置有多个，且均与坐底靴流道贯通的出液口，且出液口上连接有橡胶垫。
所述橡胶垫包括两个贴合的橡胶垫半页，两个橡胶垫半页在被液体撑开后形成垂直并与出液口相贯通的直线流道，同时在两个橡胶垫半页之间还设置有椭圆内腔。
所述坐底装置框架的下端连接用于坐底时缓冲压力，以及产生离底时土质松动效果的弹性橡胶圈。
所述海水缸的下端与坐底装置框架的空腔之间预留出一个平衡腔，平衡腔的侧壁上端沿周向开设有多个平衡孔，且在平衡腔内设置有与平衡孔相对并用于导流的弧形连接块。
所述坐底靴流道上设置有仅能出液的第一单向阀。
所述第一进液流道上串联设置有第一过滤器和第二单向阀。
所述第二进液流道上串联设置有第二过滤器和第三单向阀。
所述出液流道上串联设置有第四单向阀和阻尼孔。
所述海水缸位于活塞腔的上下侧分别开设有无杆腔和有杆腔，且第一进液流道和出液流道自坐底装置框架外延伸至无杆腔中，同时第二进液流道自坐底装置框架外延伸至有杆腔中。
本发明的有益效果如下：
本发明通过采用了机械式的底部注水和坐底缓冲装置，结构简单可靠，无需人为判断和操作，响应时间快。大大减小了深海潜器坐底时，潜器结构所受坐底冲击力；大大减小了潜器离底时底部所受吸附力，该坐底装置极大程度保障了坐离底时潜器结构安全和人员生命安全。
同时，本发明还具备如下优点：
（1）.坐底装置框架位于活塞上侧设置有仅能出液的出液流道，出液流道自坐底装置框架的外侧延伸至无杆腔中，将活塞腔中多余的液体排出，平衡内压，而且出液流道上串联设置有第四单向阀和阻尼孔，通过设置阻尼孔能够缓冲坐底的冲击压力，提高缓冲效果；
（2）.连接杆内设置有能够将活塞腔内液体自坐底靴组件底部引出的坐底靴流道，坐底靴流道上设置有仅能出液的第一单向阀，确保液体单向流动，同时在坐底靴组件的底部设置有多个出液口，且多个出液口均与坐底靴流道贯通，且出液口上连接有橡胶垫，因此在活塞向下移动时，能够将活塞腔中的液体从坐底靴组件的底壁引出，能够抵消负孔隙水压力从而大大减小吸附力，使正浮力大于吸附力，深海潜器完成离底。
（3）.橡胶垫包括两个贴合的橡胶垫半页，两个橡胶垫半页之间被水液压撑开后存在直线流道，且直线流道与出液口相贯通，同时在两个橡胶垫半页之间还设置有椭圆内腔，在坐底时，多个橡胶垫能够起到缓冲作用，同时橡胶垫为锥形形状能够提高坐底的稳定性，能提高潜器抵抗海底横流的能力，同时橡胶垫还能防止淤泥堵住出液口；在离底时，活塞相对向下运动，挤压有杆腔中液体，使其撑开相互贴合的橡胶半页，使海水从坐底靴底部流出，从而抵消坐底靴与海床贴合面的负孔隙水压力，利于离底。
（4）.在坐底装置框架的下端连接用于缓冲压力和松动离底土质的弹性橡胶圈，海水缸的下端与坐底装置框架的空腔之间预留出一个平衡腔，平衡腔的侧壁上端沿周向开设有多个平衡孔，由于弹性橡胶圈的存在，坐底装置框架和坐底靴组件不会立刻分开，而此时会在平衡腔中形成负压，一方面将拉动坐底靴组件向上移动，另一方面形成的负压会将外界液体从平衡孔中引入，引入的液体通过弧形连接块进行导流后冲洗到坐底靴组件倾斜的上表面，随着坐底装置框架和坐底靴组件的分离后，能够将坐底靴组件上的污泥残渣顺着斜面冲开，同时弹性橡胶圈吸附力解除瞬间能够产生瞬时的土质松动，方便坐底靴组件离底，提高离底效率。
（5）.坐底靴组件呈喇叭状设置，上端较小但下端较宽，提高接触面积，另外呈喇叭状结构侧壁呈倾斜设置，不容易积攒淤泥。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明坐底时初始状态的结构示意图。
图3为本发明坐底时中间状态的结构示意图。
图4为本发明坐底时最终状态的结构示意图。
图5为本发明离底时初始状态的结构示意图。
图6为本发明离底时中间状态的结构示意图。
图7为本发明中橡胶垫的结构示意图。
其中：
1、坐底装置框架；2、海水缸；3、活塞；4、连接杆；5、坐底靴组件；6、坐底靴流道；7、第一进液流道；8、第二进液流道；9、出液流道；10、弹性橡胶圈；11、平衡孔；12、弧形连接块；
501、橡胶垫；5011、橡胶垫半页；5012、直线流道；5013、椭圆内腔；601、第一单向阀；701、第一过滤器；702、第二单向阀；801、第二过滤器；802、第三单向阀；901、第四单向阀；902、阻尼孔；
a、无杆腔；b、活塞腔；c、有杆腔；d、平衡腔。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
实施例1
如图1-图6所示，本实施例公开了一种机械式抗冲击防吸附深海潜器坐底装置，包括坐底装置框架1、海水缸2、活塞3、连接杆4和坐底靴组件5，坐底装置框架1自底壁垂直向上开设有空腔，海水缸2安装在空腔内顶壁上，海水缸2为液压缸，通过单独设置海水缸2能够提高强度，防止漏液造成的液压过小的问题，海水缸2内开设有活塞腔b，且海水缸2位于活塞腔b的上下侧分别开设有无杆腔a和有杆腔c，无杆腔a和有杆腔c的内径小于活塞腔b，预留出进出流道的安装位置；
活塞3垂直滑动在活塞腔b中，同时在活塞3下端连接有连接杆4，连接杆4穿过活塞腔b向下延伸并连接在坐底靴组件5上，坐底靴组件5呈喇叭状设置，上端较小但下端较宽，提高接触面积，另外呈喇叭状结构侧壁呈倾斜设置，不容易积攒淤泥；
本实施例中，在坐底装置框架1内设置有分别位于活塞3上下侧且仅能进液的第一进液流道7和第二进液流道8，第一进液流道7自坐底装置框架1的外侧延伸至无杆腔a中，在活塞3向下移动时能够进液，平衡活塞腔b的压力；第二进液流道8自坐底装置框架1的外侧延伸至有杆腔c中，在活塞3向上移动时能够进液，在平衡活塞腔b内压力的同时，还能向坐底靴流道6内供液；
另外在，坐底装置框架1位于活塞3上侧设置有仅能出液的出液流道9，出液流道9自坐底装置框架1的外侧延伸至无杆腔a中，将活塞腔b中多余的液体排出，平衡内压，而且出液流道9上串联设置有第四单向阀901和阻尼孔902，通过设置阻尼孔902能够缓冲坐底的冲击压力，提高缓冲效果；
连接杆4内设置有能够将活塞腔b内液体自坐底靴组件5底部引出的坐底靴流道6，坐底靴流道6上设置有仅能出液的第一单向阀601，确保液体单向流动，同时在坐底靴组件5的底部设置有多个出液口，且多个出液口均与坐底靴流道6贯通，且出液口上连接有橡胶垫501，因此在活塞3向下移动时，能够将活塞腔b中的液体从坐底靴组件5的底壁引出，能够抵消负孔隙水压力从而大大减小吸附力，使正浮力大于吸附力，深海潜器完成离底。
第一进液流道7上串联设置有第一过滤器701和第二单向阀702，确保液体单向流动，同时还能提高水质，防止杂质进入活塞腔b中。
第二进液流道8上串联设置有第二过滤器801和第三单向阀802，确保液体单向流动，同时还能提高水质，防止杂质进入活塞腔b中。
实施例2
如图7所示，本实施例与实施例1的区别在于，橡胶垫501包括两个贴合的橡胶垫半页5011，两个橡胶垫半页5011在被液体撑开后形成垂直并与出液口相贯通的直线流道5012，同时在两个橡胶垫半页5011之间还设置有椭圆内腔5013，
在坐底时，多个橡胶垫501能够起到缓冲作用，同时橡胶垫501为锥形形状能够提高坐底的稳定性，能提高潜器抵抗海底横流的能力，同时橡胶垫501还能防止淤泥堵住出液口；
在离底时，活塞3相对向下运动，挤压有杆腔中液体，撑开相互贴合的橡胶半页5011，使海水从坐底靴底部流道5012流出，从而抵消坐底靴与海床贴合面的负孔隙水压力，因而利于离底
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于，在坐底装置框架1的下端连接用于坐底时缓冲压力，以及产生离底时土质松动效果的弹性橡胶圈10，当坐底时弹性橡胶圈10能够缓冲坐底装置框架1和坐底靴组件5的冲击压力，海水缸2的下端与坐底装置框架1的空腔之间预留出一个平衡腔d，平衡腔d的侧壁上端沿周向开设有多个平衡孔11，且在平衡腔d内设置有与平衡孔11相对并用于导流的弧形连接块12；平衡孔11设置的位置较高能够减少污泥从平衡孔11中进入到平衡腔d中，但是也不能避免污泥进入到平衡腔d中附着在坐底靴组件5的上表面；
当离底时，由于弹性橡胶圈10的存在，坐底装置框架1和坐底靴组件5不会立刻分开，而此时会在平衡腔d中形成负压，一方面将拉动坐底靴组件5向上移动，另一方面形成的负压会将外界液体从平衡孔11中引入，引入的液体通过弧形连接块12进行导流后冲洗到坐底靴组件5倾斜的上表面，随着坐底装置框架1和坐底靴组件5的分离后，能够将坐底靴组件5上的污泥残渣顺着斜面冲开，同时弹性橡胶圈10吸附力解除瞬间能够产生瞬时的土质松动，方便坐底靴组件5离底，提高离底效率。
具体的工作原理如下：
在深海潜器坐底时，如图2-图4所示，海水缸2中的活塞3由于自重作用位于最下部，潜器坐底时，坐底靴组件5受到海底冲击力，使海水缸2中的活塞3向上运动，无杆腔a中的海水经阻尼孔902排出，有杆腔c中的海水经第三单向阀802吸入，阻尼孔902具有坐底缓冲的作用，同时通过橡胶垫501还能起到缓冲作用，提高坐底的稳定性；
在深海潜器离底时，如图5-图6所示，在坐底靴组件5底部吸附力作用下，活塞3在海水缸2中相对向下运动，无杆腔a中的海水经第二单向阀702吸入，活塞腔b中的海水经第一单向阀601排出，经坐底靴流道6引入坐底靴组件5底部的出液口，用于抵消负孔隙水压力从而大大减小吸附力，使正浮力大于吸附力，深海潜器完成离底；
由于弹性橡胶圈10的存在，坐底装置框架1和坐底靴组件5不会立刻分开，而此时会在平衡腔d中形成负压，一方面将拉动坐底靴组件5向上移动，另一方面形成的负压会将外界液体从平衡孔11中引入，引入的液体通过弧形连接块12进行导流后冲洗到坐底靴组件5倾斜的上表面，随着坐底装置框架1和坐底靴组件5的分离后，能够将坐底靴组件5上的污泥残渣顺着斜面冲开，同时弹性橡胶圈10吸附力解除瞬间能够产生瞬时的土质松动，方便坐底靴组件5离底，提高离底效率。
若在一轮注水后，潜器仍没有摆脱吸附力完成上浮，可使潜器再次下降后重新上浮，从而完成多轮注水，多轮注水后，吸附力可大大减小，从而使潜器完成上浮。
本发明通过采用了机械式的底部注水和坐底缓冲装置，结构简单可靠，无需人为判断和操作，响应时间快。大大减小了深海潜器坐底时，潜器结构所受坐底冲击力；大大减小了潜器离底时底部所受吸附力，该坐底装置极大程度保障了坐离底时潜器结构安全和人员生命安全。
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 (9)
1.一种机械式抗冲击防吸附深海潜器坐底装置，其特征在于，包括：
坐底装置框架（1），所述坐底装置框架（1）自底壁垂直向上开设有空腔；
海水缸（2），置于空腔内顶壁上，海水缸（2）内开设有活塞腔（b）；
活塞（3），垂直滑动在活塞腔（b）中；
连接杆（4），连接于活塞（3）下端并穿过活塞腔（b）向下延伸；
坐底靴组件（5），连接于连接杆（4）下端并用于对无杆腔（a）进行支撑；
所述坐底装置框架（1）内设置有分别位于活塞（3）上下侧且仅能进液的第一进液流道（7）和第二进液流道（8）；
所述坐底装置框架（1）位于活塞（3）上侧设置有仅能出液的出液流道（9）；
所述连接杆（4）内设置有能够将活塞腔（b）内液体自坐底靴组件（5）底部引出的坐底靴流道（6）；
所述海水缸（2）位于活塞腔（b）的上下侧分别开设有无杆腔（a）和有杆腔（c），且第一进液流道（7）和出液流道（9）自坐底装置框架（1）外延伸至无杆腔（a）中，同时第二进液流道（8）自坐底装置框架（1）外延伸至有杆腔（c）中。
2.如权利要求1所述的一种机械式抗冲击防吸附深海潜器坐底装置，其特征在于：所述坐底靴组件（5）呈喇叭状设置，且坐底靴组件（5）的底部设置有多个，且均与坐底靴流道（6）贯通的出液口，出液口上连接有橡胶垫（501）。
3.如权利要求2所述的一种机械式抗冲击防吸附深海潜器坐底装置，其特征在于：所述橡胶垫（501）包括两个贴合的橡胶垫半页（5011），两个橡胶垫半页（5011）在被液体撑开后形成垂直的直线流道（5012），同时在两个橡胶垫半页（5011）之间还设置有椭圆内腔（5013）。
4.如权利要求1所述的一种机械式抗冲击防吸附深海潜器坐底装置，其特征在于：所述坐底装置框架（1）的下端连接用于坐底时缓冲压力，以及产生离底时土质松动效果的弹性橡胶圈（10）。
5.如权利要求1所述的一种机械式抗冲击防吸附深海潜器坐底装置，其特征在于：所述海水缸（2）的下端与坐底装置框架（1）的空腔之间预留出一个平衡腔（d），平衡腔（d）的侧壁上端沿周向开设有多个平衡孔（11），且在平衡腔（d）内设置有与平衡孔（11）相对并用于导流的弧形连接块（12）。
6.如权利要求1所述的一种机械式抗冲击防吸附深海潜器坐底装置，其特征在于：所述坐底靴流道（6）上设置有仅能出液的第一单向阀（601）。
7.如权利要求1所述的一种机械式抗冲击防吸附深海潜器坐底装置，其特征在于：所述第一进液流道（7）上串联设置有第一过滤器（701）和第二单向阀（702）。
8.如权利要求1所述的一种机械式抗冲击防吸附深海潜器坐底装置，其特征在于：所述第二进液流道（8）上串联设置有第二过滤器（801）和第三单向阀（802）。
9.如权利要求1所述的一种机械式抗冲击防吸附深海潜器坐底装置，其特征在于：所述出液流道（9）上串联设置有第四单向阀（901）和阻尼孔（902）。
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