CN116538365A - 一种远控操作的水下夹持对接系统、对接装置及对接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种远控操作的水下夹持对接系统、对接装置及对接方法，涉及海底采矿接头对接领域；对接系统包括固定接头和游离接头，固定接头上设置有用于夹持游离接头的夹持对接装置，夹持对接装置具有对中夹持机构，并且固定接头的轴线与对中夹持机构的对中夹持中线重合；对中夹持机构连接有用于驱动对中夹具做出对中夹持动作和提升整个对中夹持机构的提升机构，以使得游离接头与固定接头对接。本发明的目的在于利用遥控无人潜水器和上述的夹持对接装置，能够在海面完成水下管接头的快速对接和断开，解决了水下采矿矿浆吸入管游离接头口快速夹持对准连接到接头固定的问题。

Description

一种远控操作的水下夹持对接系统、对接装置及对接方法

技术领域

本发明涉及海底采矿接头对接领域，尤其是一种远控操作的水下夹持对接系统、对接装置及对接方法。

背景技术

随着陆地矿产资源的不断开采，陆地矿产资源的日益枯竭，而人类对矿产的需求与日俱增，矿产枯竭与需求增加的矛盾日益突出，迫切需要寻求新的矿产资源以弥补陆地矿产资源的不足。众人皆知，海洋面积占比地球面积三分之二，从海底获取新的矿产资源增量是目前可行的途径之一。

目前，深海采矿已经有几种比较有效的方案，主要方式为海底设备挖掘产出矿浆，通过举升设备以矿浆输送管为通道将矿浆输送到海面平台。因海况复杂，为防矿浆管在恶劣海况下与海面平台连接而损坏和紧急避险，矿浆输送管常常会与海面固定连接的接口脱离。矿浆输送管在水下脱离后，平静海况时，如何恢复矿浆矿管水下接头的连接是一个棘手的问题。

为解决“如何恢复矿浆矿管水下接头的连接”的技术问题，通常是将矿浆输送管打捞出海面连接，然后再下放至海底；这需要一系列复杂的操作，费事费时。所以，实现接头在海面水下连接，是一种可取的方式。

水下管接头对接有一定难度。通常100米水深以内，可由潜水员或ROV（遥控无人潜水器）水下操作；100米以上的水深，潜水员不能承受高水压，通常采用ROV实现水下对接操作；但水下采矿的接头多用于高压管接口，ROV进行水下对接困难；所以，在接头脱离后，需要一种便于水下远程操作安装的接头对接系统，以保证管接头的快速对中靠拢连接。

发明内容

本发明的一个目的在于：针对上述存在的问题，提供一种远控操作的水下夹持对接系统及对接方法，利用遥控无人潜水器和上述的夹持对接装置，能够在海面完成水下管接头的快速对接和断开；

本发明的另一个目的在于：针对上述存在的问题，一种远控操作的水下夹持对接装置，使夹持机构在自重和提升机构的提升动力作用下将水下接头游离接口端对中连接到固定接头，解决了水下采矿矿浆吸入管游离接头口快速夹持对准连接到接头固定的问题。

本发明采用的技术方案如下：一种远控操作的水下对接系统，包括固定接头和游离接头，所述固定接头上设置有用于夹持游离接头的夹持对接装置，所述夹持对接装置具有对中夹持机构，并且所述固定接头的轴线与对中夹持机构的对中夹持中线重合；所述对中夹持机构连接有用于驱动对中夹持机构做出对中夹持动作和提升整个对中夹持机构的提升机构，以使得所述游离接头与固定接头对接。

进一步地，所述游离接头上设置有用于限制对中夹持机构与游离接头发生相对位移的限位凸台。

进一步地，所述固定接头包括用于与游离接头对接的接头座，所述接头座的内壁形状与所述游离接头的外壁形状相匹配。

进一步地，所述接头座的内壁上设置有密封圈.

进一步地，所述接头座的内壁或/和游离接头的外壁具有锥形面。

进一步地，所述接头座的连接端与管道连接，并且所述接头座与管道连接位置设置有缓冲腔。

进一步地，所述接头座的接入端设置有导向罩，所述导向罩为锥形。

进一步地，所述固定接头还包括有用于锁定接头座与游离接头的锁定机构。

进一步地，所述锁定机构包括设置在接头座上的若干个径向孔和套设在接头座上的外套，所述径向孔内设置有锁定钢球，所述锁定钢球的直径大于径向孔的轴向尺寸，所述游离接头上设置有环形的卡槽，所述外套的内壁约束所述锁定钢球使得所述锁定钢球位于卡槽与径向孔之间。

进一步地，所述外套与所述接头座滑动连接以实现所述锁定机构的锁定状态与解锁状态的更换。

进一步地，所述外套具有用于约束锁定钢球的锁定环台，所述锁定环台的内壁与所述接头座的外壁贴合；所述外套还具有用于存放锁定钢球的解锁腔，所述解锁腔位于所述锁定环台的一侧，所述解锁腔的内径大于所述锁定环台的内径。

进一步地，所述解锁腔与所述锁定环台之间存在过渡斜面。

进一步地，所述解锁腔的内径小于接头座的外径与锁定钢球的直径之和，并且所述解锁腔的内径大于或等于接头座的内径与锁定钢球的直径之和。

进一步地，所述外套还具有锁定腔，所述锁定腔位于所述锁定环台的另一侧，所述锁定腔内设置有将锁定环台推送至约束锁定钢球的位置的弹性件；所述外套上连接有用于克服弹性件的弹性力的助力系统。

进一步地，所述接头座上设置有用于限制外套位置的挡圈，以使得锁定环台在所述弹性件和挡圈的作用下保持在约束锁定钢球的位置。

进一步地，所述助力系统包括用于提供拉力的助力液压缸，所述助力液压缸的输出轴与外套之间设置有用于传递拉力的助力牵引绳。

进一步地，所述助力液压缸的输出轴的前端设置有助力滑轮组件，所述助力牵引绳绕过该助力滑轮组件后与所述外套连接。

进一步地，所述助力系统还包括用于安装在固定接头的助力导向轮组件，所述助力牵引绳的两端分别穿过助力导向轮组件与所述外套连接。

进一步地，所述助力系统还包括助力导向架，助力导向架与所述助力液压缸的输出轴滑动连接。

一种远控操作的水下夹持对接装置，应用于所述的水下对接系统，包括对中夹持机构和用于支撑对中夹持机构的支撑结构，所述对中夹持机构具有用于夹持游离接头的对中夹具，所述对中夹具连接有用于驱动对中夹具做出对中夹持动作和提升整个对中夹持机构的提升机构。

进一步地，所述对中夹具包括至少两块能够相互靠拢或相互远离的夹块，所述提升机构与对中夹具连接以使得夹块能够相互靠拢或相互远离的夹块。

进一步地，所述对中夹持机构还具有锥形环座和位于锥形环座上方的平衡环，所述平衡环靠近所述锥形环座的小径端，所述提升机构与所述平衡环连接以实现所述平衡环在竖直方向上运动；所述夹块与平衡环活动连接，所述夹块与锥形环座的表面活动连接以使得所述夹块能够沿着锥形环座的表面移动。

进一步地，所述锥形环座放置在支撑结构上以实现所述支撑结构支撑所述对中夹持机构。

进一步地，所述平衡环上设置有至少两个用于让位的导向条孔，所述夹块的一端与导向条孔滑动连接，所述导向条孔的数量与所述夹块的数量相匹配以使得每块夹块具有对应的可移动空间。

进一步地，所述锥形环座具有用于引导所述夹块相互靠近或远离的导轨，所述导轨与导向条孔在空间位置和数量上相匹配，所述所述夹块的另一端与导轨滑动连接。

进一步地，所述导轨的长度方向平行于锥形环座上对应位置的母线，或/和所述导向条孔的长度方向与所述平衡环的径向方向平行。

进一步地，所述支撑结构包括支撑盘，所述支撑盘上设置有若干个用于连接固定接头的连接杆，所述支撑盘支撑对中夹持机构。

进一步地，所述提升机构包括用于提供提升力的液压缸，所述液压缸的输出轴与对中夹持机构之间设置有用于传递提升力的牵引绳。

进一步地，所述液压缸的输出轴的前端设置有滑轮组件，所述牵引绳绕过该滑轮组件后与所述对中夹持机构连接。

进一步地，还包括用于安装在固定接头的导向轮组件，所述牵引绳的两端分别穿过导向轮组件与所述对中夹持机构连接。

进一步地，所述提升机构还包括导向架，导向架与所述液压缸的输出轴滑动连接。

一种远控操作的水下对接方法，运用所述的水下对接系统，以及所述的水下夹持对接装置，包括以下步骤：

S1：通过ROV协助将游离接头置入对中夹持机构内；

S2：提升机构工作，使得对中夹持机构做出对中夹持动作；

S3：对中夹持机构夹持游离接头，并且在提升机构的继续作用下带着游离接头运动；

S4：游离接头与固定接头对接。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的夹持对接装置在提升机构的作用下能够对游离接头进行夹持和牵引，操作人员可以在海面操控提升机构，实现在海面完成水下管接头的快速对接和断开；

2、本发明公开的对中夹持机构在自重和提升机构的提升动力作用下，将水下的游离接头对中连接并且牵引至固定接头位置完成接头对接，有效解决了水下采矿矿浆吸入管游离接头口快速夹持对准连接到接头固定的问题；

3、本发明设置支撑结构是为了支撑对中夹持机构，使得对中夹持机构在不受到提升机构提升力作用时候，支撑结构能够支撑对中夹持机构，并且使得对中夹具在对中夹持机构的自身重力作用下具有最大的打开并且处于最大开口状态，以便于接头游离端在ROV辅助下顺利进入对中夹持机构。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明实施例2公开的固定接头的结构示意图；

图3为本发明实施例2公开的游离接头的结构示意图；

图4为本发明实施例4公开的助力系统的结构示意图；

图5为本发明公开的固定接头与游离接头的连接示意图；

图6为本发明实施例5公开的夹持对接装置的三维结构示意图；

图7为本发明实施例5公开的夹持对接装置的正视结构示意图；

图8为本发明实施例5公开的对中夹持机构的结构示意图；

图9为本发明实施例5公开的支撑结构的结构示意图；

图10为本发明实施例5公开的提升机构的结构示意图；

图中标记：1-固定接头；11-接头座；111-径向孔；12-外套；121-锁定环台；122-解锁腔；123-锁定腔；124-过度斜面；13-锁定钢球；14-弹性件；15-密封圈；16-挡圈；17-导向罩；18-缓冲腔；2-夹持对接装置；21-对中夹持机构；211-平衡环；2111-导向条孔；212-夹块；213-锥形环座；2131-导轨；22-支撑结构；221-连接杆；222-支撑盘；23-提升机构；231-提升牵引绳；232-提升导向轮组件；233-提升液压缸；234-提升滑轮组件；235-提升导向架；3-游离接头；31-卡槽；4-助力系统；41-助力液压缸；42-助力牵引绳；43-助力滑轮组件；44-助力导向轮组件；45-助力导向架。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

如图1-图10所示，一种远控操作的水下对接系统，包括固定接头1和游离接头3，固定接头1连接于管道，通过管道与海面的操作平台5连接，操作平台5可以是操作船；游离接头3位于海面的100m以下的位置(潜水员难以承受水深压力的位置)，所述固定接头1上设置有用于夹持游离接头3的夹持对接装置2，所述夹持对接装置2具有对中夹持机构21，并且所述固定接头1的轴线与对中夹持机构21的对中夹持中线重合；所述对中夹持机构21连接有用于驱动对中夹具做出对中夹持动作和提升整个对中夹持机构21的提升机构23，以使得所述游离接头3与固定接头1对接。

具体的，在本实施方式中，设置有夹持对接装置2的固定接头1通过管道从操作平台5上下放至海面下，水下的游离接头3通过ROV协助将游离接头3送至夹持对接装置2的夹持位置，夹持对接装置2的对中夹持机构21在提升机构23的作用下，做出夹持动作从而夹持游离接头3，提升机构23继续产生提升力，使得对中夹持机构21带着游离接头3向固定接头1移动，从而完成游离接头3与固定接头1的对接。

实施例2

如图2-图3、图5所示，在实施例1的基础上，进一步地提出可行的实施方式。

作为一种具体的实施方式，所述游离接头3上设置有用于限制对中夹持机构21与游离接头3发生相对位移的限位凸台32，该限位凸台32可以是环形凸台，也可以是沿着游离接头3的周向均匀布置的凸台；具体的限位工作方式如下：

提升机构23使得对中夹持机构21做出夹持动作并且夹持于游离接头3的外壁后，在提升机构23提供的提升力和游离接头3的自身重力相互作用下，对中夹持机构21与游离接头3可能会产生相对滑移（在对中夹持机构21与游离接头3之间的摩擦力不足以克服游离接头3的自身重力时发生相对滑移，该摩擦力的大小与摩擦因数和对中夹持机构21与游离接头3的外壁之间的夹持压力有关），直到对中夹持机构与限位凸台32抵接，限位凸台32限制对中夹持机构21与游离接头3发生相对滑移，保证游离接头3在提升机构23的作用下能够稳定的跟随对中夹持机构21移动，保证能够与固定接头1对接。

一种可行的具体实施方式，所述固定接头1包括用于与游离接头3对接的接头座11，所述接头座11的内壁形状与所述游离接头3的外壁形状相匹配，游离接头3与接头座11对接后，尽量减少游离接头3的外壁与接头座11的内壁之间的间隙，一方面能够提高对接后输送矿浆的密封性能；另一方面，增大游离接头3与接头座11对接贴合的面积，从而提高对接的稳定性能。

一种可行的具体实施方式，所述接头座11的内壁上设置有密封圈15；具体的，所述接头座11的内壁开设有用于安装密封圈15的密封槽，密封圈15安装在密封槽内，在游离接头3与接头座11对接后，密封圈15被挤压在游离接头3的外壁与接头座11的内壁之间，达到密封的作用，实现运输矿浆时候避免矿浆从游离接头3的外壁与接头座11的内壁之间的间隙处泄露。

一种可行的具体实施方式，所述接头座11的连接端与管道连接，并且所述接头座11与管道连接位置设置有缓冲腔18，通常情况下，管道的内径小于接头座11处连接端的内径，缓冲腔18能够缓冲来自游离接头3且不能及时进入管道的矿浆，并且位于缓冲腔18内的矿浆会产生液压从而推动管道内的矿浆流动，该缓冲腔也能够减轻管道流体对密封圈冲刷磨损的作用。

一种可行的具体实施方式，所述接头座11的接入端设置有导向罩17，所述导向罩17为锥形，游离接头3进入接头座11之前，设置导向罩17能够增加游离接头3可以接入接头座11的接入面积，提高在水下对接的成功率，并且导向罩17引导游离接头3，使得游离接头3的轴线逐渐与接头座11的轴线共线，保证对接精确度。

一种可行的具体实施方式，所述接头座11的内壁或/和游离接头3的外壁具有锥形面，锥形面的小径端靠近街头座的连接端，锥形面的大径端靠近街头座的接入端，设置锥形面的目的在于引导作用，保证游离接头3与接头座11在对接时候能够保持轴线共线对接。

实施例3

如图2-图5所示，在实施例1-2中的任意一个实施例的基础上，进一步地提出可行的实施方式。

一种可行的具体实施方式，所述固定接头1还包括有用于锁定接头座11与游离接头3的锁定机构，锁定机构锁定接头座11和游离接头3，在锁定机构解除锁定后，游离接头3在自身重力的作用下脱离接头座11；只需要在操作平台5上操作锁定机构从锁定状态更换到解锁状态，就能完成游离接头3与接头座11的快速解锁分离。

一种可行的具体实施方式，所述锁定机构包括设置在接头座11上的12个径向孔111和套设在接头座11上的外套12，所述径向孔111内设置有锁定钢球13，所述锁定钢球13的直径大于径向孔111的轴向尺寸，所述游离接头3上设置有环形的卡槽31，所述外套12的内壁约束所述锁定钢球13使得所述锁定钢球13位于卡槽31与径向孔111之间。

具体的，在本实施方式中，12个径向孔111周向均匀分布，锁定游离接头3与接头座11时候，游离接头3的自身重力能够均匀分布在每一个锁定钢球13上；并且，径向孔111周向的均匀分布，使得锁定钢球13均匀分布，从而锁定钢球13产生支撑游离接头3的支撑力的合力能够沿着游离接头3的轴线方向，提高锁定稳定性。

更具体的，在本实施方式中，锁定机构锁定游离接头3与接头座11的具体过程如下：

在游离接头3进入接头座11之前，锁定钢球13处于自由状态；在游离接头3进入接头座11后，并且卡槽31还未移动至径向孔111/锁定钢球13位置，锁定钢球13在游离接头3的作用下，沿着径向孔111向接头座11的外壁方向移动，为游离接头3进入接头座11让位，提供空间位置；当卡槽31移动至径向孔111/锁定钢球13位置时候，由于卡槽31存在的空间使得锁定钢球13再次处于自由状态，此时，操控外套12套入接头座11上，外套12的内壁约束锁定钢球13使得锁定钢球13沿着径向孔111向卡槽31内移动，从而将锁定钢球13约束在卡槽31与径向孔111之间，实现锁定机构锁定游离接头3与接头座11的目的。

需要说明的是，游离接头3与接头座11通过锁定钢球13锁定，能够锁定游离接头3与接头座11的位置的同时，还能保证游离接头3与接头座11之间存在相对转动，进而避免游离接头3连接的管汇或固定接头1连接的管道出现打结；具体的，采矿挖掘机在水下行走，管汇或管道也会随之扭转，保持固定接头1与游离接头3转动能够有效避免管汇或管道因扭转出现打结的现象。

进一步地，所述外套12与所述接头座11滑动连接以实现所述锁定机构的锁定状态与解锁状态的更换，外套12滑动至径向孔111/锁定钢球13位置时候，锁定机构处于锁定状态，实现锁定游离接头3与接头座11的目的；外套12滑动至接头座11的其他位置时候，锁定机构处于解锁状态，实现解锁游离接头3与接头座11的目的。

进一步地，工人可以在操作平台5上远程控制外套12在接头座11上滑动，改变外套12与接头座11的相对位置，就能实现远程控制游离接头3与接头座11的锁定与解锁，进一步地实现远程控制固定接头1与游离接头3的对接和分离，无需操作人下水操作，海面上就能完成操作，保证操作人的工作安全。

具体的，在本实施方式中，所述外套12具有用于约束锁定钢球13的锁定环台121，所述锁定环台121的内壁与所述接头座11的外壁贴合，锁定环台121位于径向孔111/锁定钢球13位置时候，锁定环台121约束锁定钢球13，实现对固定接头1与游离接头3的对接锁定；所述外套12还具有用于存放锁定钢球13的解锁腔122，所述解锁腔122位于所述锁定环台121的一侧，所述解锁腔122的内径大于所述锁定环台121的内径，锁定环台121滑动至偏离径向孔111/锁定钢球13位置后，解锁腔122位于径向孔111/锁定钢球13位置，解锁腔122给予存放锁定钢球13的空间，即外套12滑动使得锁定环台121、解锁腔122的位置更换，实现锁定机构的锁定与解锁状态的更换。

一种可行的具体实施方式，所述解锁腔122与所述锁定环台121之间存在过渡斜面124，该过渡斜面124起过渡作用，方便锁定钢球13位于锁定环台121与解锁腔122的位置更换；具体的，锁定钢球13从锁定环台121进入解锁腔122时候，或者锁定钢球13从解锁腔122进入锁定环台121时候，锁定钢球13能够沿着过渡斜面124完成过渡运动，避免锁定环台121的端面对锁定钢球13产生阻挡作用。

一种可行的具体实施方式，所述解锁腔122的内径小于接头座11的外径与锁定钢球13的直径之和，有效避免锁定钢球13完全落入到解锁腔122内，即在锁定机构处于解锁状态，锁定钢球13也存在部分实体位于径向孔111内，保证锁定机构在进行锁定时候能够沿着径向孔111移动；所述解锁腔122的内径大于或等于接头座11的内径与锁定钢球13的直径之和，使得锁定机构在解锁时候，能够保证解锁腔122存在足够的空间配合径向孔111的空间容纳锁定钢球13。

一种可行的具体实施方式，所述外套12还具有锁定腔123，所述锁定腔123位于所述锁定环台121的另一侧，所述锁定腔123内设置有将锁定环台121推送至约束锁定钢球13的位置的弹性件14，弹性件14产生的弹性势能作为锁定机构由解锁状态转变成锁定状态的动力，并且使锁定机构始终保持锁定状态；所述外套12上连接有用于克服弹性件14的弹性力的助力系统4，助力系统4克服弹性件14的弹性力，为锁定机构从锁定状态转变成解锁状态提供动力。

具体的，在固定接头1与游离接头3对接之前，操作员可在操作平台5上远程操作助力系统4产生拉力，该拉力克服弹性件14的弹性力，助力系统4拉扯外套12使得外套12移动，从而径向孔111/锁定钢球13位置从位于锁定环台121位置转变成解锁腔122位置，锁定钢球13处于自由状态(锁定钢球13位于径向孔111与解锁腔122之间)，避免锁定钢球13对游离接头3进入固定接头1产生位置阻挡；游离接头3进入接头座11后并且卡槽31位于径向孔111/锁定钢球13位置时候，操作员可以在操作平台5上远程操作助力系统4释放拉力，助力系统4不再克服弹性件14的弹性力，弹性件14的弹性力推动锁定环台121/外套12移动，锁定环台121移动至径向孔111/锁定钢球13位置，锁定钢球13位于卡槽31与径向孔111之间，达到锁定固定接头1与游离接头3的目的；需要分离固定接头1与游离接头3时候，操作员可在操作平台5上远程操作助力系统4产生拉力，该拉力使得锁定机构解锁(详细过程见本段关于“在固定接头1与游离接头3对接之前”的锁定机构的工作方式)，游离接头3在自身重力的作用下与固定接头1分离。

一种可行的具体实施方式，所述接头座11上设置有用于限制外套12位置的挡圈16，以使得锁定环台121在所述弹性件14和挡圈16的作用下保持在约束锁定钢球13的位置；具体的，挡圈16限制外套12的位置，避免外套12脱离接头座11；并且外套12抵接挡圈16时候，锁定环台121位于径向孔111/锁定钢球13位置，锁定机构处于锁定状态。

实施例4

如图1-图5所示，在实施例1-3中的任意一个实施例的基础上，进一步地提出可行的实施方式。

一种可行的具体实施方式，所述助力系统4包括用于提供拉力的助力液压缸41，所述助力液压缸41的输出轴与外套12之间设置有用于传递拉力的助力牵引绳42，具体的，外套12上设置有耳板，耳板可以与外套一体成型，也可以通过组焊的方式将耳板焊接在外套12的外壁上，助力牵引绳42与耳板连接实现助力牵引绳42与外套12连接，助力液压缸41在自身液压作用下，助力液压缸41的输出轴能够伸出或收回，带着助力牵引绳42上升运动或下降运动，当助力牵引绳42做上升运动时候，助力牵引绳42将拉力传递给外套12并且克服弹性件14的弹性势能，使得外套12能够移动，从而实现锁定机构解锁。

一种可行的具体实施方式，所述助力液压缸41的输出轴的前端设置有助力滑轮组件43，所述助力牵引绳42绕过该助力滑轮组件43后与所述外套12连接，实现助力牵引绳42的两端同步运动，以保证外套12受到的拉力沿外套12的轴线，避免外套12在运动时候出现卡位现象。

一种可行的具体实施方式，所述助力系统4还包括用于安装在固定接头1的助力导向轮组件44，所述助力牵引绳42的两端分别穿过助力导向轮组件44与所述外套12连接，助力导向轮组件44相当于定滑轮，改变助力牵引绳42牵引的方向。

一种可行的具体实施方式，所述助力系统4还包括助力导向架45，助力导向架45与所述助力液压缸41的输出轴滑动连接，助力导向架45用于对助力液压缸41输出轴的运动导向，保证助力液压缸41输出轴的运动稳定。

一种可行的具体实施方式，所述助力系统4安装在操作平台5或固定接头1上。

实施例5

如图1-图10所示，在实施例1-4中的任意一个实施例的基础上，进一步地提出可行的实施方式。

一种远控操作的水下夹持对接装置，应用于实施例1-4中任意一个实施方式所述的水下对接系统，包括对中夹持机构21和用于支撑对中夹持机构21的支撑结构22；所述对中夹持机构21具有用于夹持游离接头3的对中夹具，所述对中夹具连接有用于驱动对中夹具做出对中夹持动作和提升整个对中夹持机构21的提升机构23。

在本实施例中，在对中夹持机构21在不受到提升机构23提升力作用时候，支撑结构22能够支撑对中夹持机构21，并且使得对中夹具在对中夹持机构21的自身重力作用下处于最大开口状态，以便于游离接头3在ROV辅助下顺利进入对中夹持机构21；提升机构23给予对中夹持机构21夹持游离接头3的动力，并且提升机构23在夹持游离接头3后能够带着对中夹持机构21和游离接头3继续运动直到与固定接头1对接。

具体的，对中夹具的对中夹持中心线与固定接头1的中心轴线共线，实施时，支撑结构22的中心轴线可以与固定接头1的中心轴线共线，使得对中夹持机构21在被支撑时候位于固定接头1的中心轴线位置，并且提升机构23给予对中夹具提升力的方向始终在固定接头1的中心轴线上，以使得对中夹持机构21和对中夹具能够沿着固定接头1的中心轴线移动；在进行固定接头1和游离接头3的对接时，提升机构23完全释放，即提升机构23不给予对中夹具提升力，对中夹持机构21完全释放，操作人员操作游离接头3在ROV辅助下顺利进入对中夹持机构21并且位于对中夹具中，操作员可以在操作平台5上操作提升机构23工作，提升机构23给予对中夹具提升力，使得对中夹持机构21的对中夹具做出夹持动作；提升机构23继续给予对中夹持机构21的对中夹具提升力，对中夹具以更大的夹持力夹持在游离接头3的外壁，并且对中夹持机构21在提升力的作用下向固定接头1移动，从而实现游离接头3与固定接头1的对接。

需要说明的是，当在紧急情况时候，需要使得游离接头3与固定接头1脱离时候，只需要完全释放提升机构23，对中夹具在对中夹持机构21自身重力的作用下处于最大开口状态，使得该对接装置完全不会影响游离接头3与固定接头1脱离；游离接头3与固定接头1远程操控脱离的过程详细见实施例1中的说明。

一种可行的具体实施方式，所述对中夹具包括至少两块能够相互靠拢或相互远离的夹块212，所述提升机构23与对中夹具连接以使得夹块212能够相互靠拢或相互远离的夹块212；具体的，提升机构23产生的提升力作用在对中夹具上时，夹块212相互靠拢做出对中夹持动作；提升机构23释放提升力时候，对中夹具完全释放，从而夹块212在对中夹持机构21自身重力的作用下相互远离，即实现操作员在操作平台5上操控提升机构23是否工作就能实现操控对中夹具是否夹持游离接头3的目的。

一种可行的具体实施方式，所述对中夹持机构21还具有锥形环座213和位于锥形环座213上方的平衡环211，所述平衡环211靠近所述锥形环座213的小径端，所述提升机构23与所述平衡环211连接以实现所述平衡环211在竖直方向上运动；所述夹块212与平衡环211活动连接，所述夹块212与锥形环座213的表面活动连接以使得所述夹块212能够沿着锥形环座213的表面移动。

具体的，所述锥形环座213的轴线与平衡环211的轴线共线，并且锥形环座213的各位置的内径与平衡环211的内径均大于游离接头3的最大径向尺寸，使得游离接头3能够顺利的从锥形环座213处进入并伸出平衡环211，从而实现游离接头3进入对中夹持机构21并且对中夹具能够夹持游离接头3外壁；平衡环211位于锥形环座213的上方且靠近所述锥形环座213的小径端，由此可以唯一的推断出锥形环座213是竖直放置并且锥形环座213的小径端所处位置高于所述锥形环座213的大径端；平衡环211向上运动，平衡环211与所述对中夹具活动连接，夹块212沿着锥形环座213的表面移动，夹块212所处位置越靠近锥形环座213的小径端，夹块212之间的间距越小，从而实现平衡环211带着对中夹具做出对中夹持动作，从而使得对中夹具夹持在游离接头3的外壁。

进一步地，所述锥形环座213放置在支撑结构22上以实现所述支撑结构22支撑所述对中夹持机构21，一方面，能够使得对中夹持机构21在不受到提升机构23提升力作用时候，支撑结构22能够支撑对中夹持机构21；另一方面，提升机构23在提升对中夹持机构21时候，也能保证对中夹持机构21能够顺利被提升机构23提升。

一种可行的具体实施方式，所述平衡环211上设置有至少两个用于让位的导向条孔2111，在本实施方式中，导向条孔2111的数量为四条，所述夹块212的一端与导向条孔2111滑动连接，所述导向条孔2111的数量与所述夹块212的数量相匹配以使得每块夹块212具有对应的可移动空间。

具体的，在本实施方式中，当平衡环211受到提升机构23的提升力作用后，平衡环211向上运动，带着夹块212沿着锥形环座213向上移动，即夹块212从锥形环座213的大径端向锥形环座213的小径端移动，若干块夹块212相互相互靠拢，导向条孔2111给予夹块212相互靠拢的移动空间，从而达到夹块212对中夹持游离接头3的目的；当平衡环211未受到提升机构23的提升力作用后，平衡环211在自身重力和对中夹持机构21的其他部件的重力作用下向下运动，夹块212也在自身重力作用下随着平衡环211沿着锥形环座213向下移动，即夹块212从锥形环座213的小径端向锥形环座213的大径端移动，实现若干块夹块212相互远离，方便游离接头3进入对中夹持机构21，以及方便游离接头3与固定接头1分离。

一种可行的具体实施方式，所述锥形环座213具有用于引导所述夹块212相互靠近或远离的导轨2131，所述导轨2131与导向条孔2111在空间位置和数量上相匹配，即导轨2131与导向条孔2111在水平面上的投影重合，所述夹块212的另一端与导轨2131滑动连接，夹块212沿着锥形环座213的表面移动，实际上是沿着导轨2131的长度方向移动。

一种可行的具体实施方式，所述导轨2131的长度方向平行于锥形环座213上对应位置的母线，或/和所述导向条孔2111的长度方向与所述平衡环211的径向方向平行，使得夹块212在平衡环211的径向方向上移动，从而使得夹块212除了夹持游离接头3之外没有其他的多余动作。

需要说明的是，在实际工作中，导向条孔2111的长度方向与所述平衡环211的径向方向存在夹角，该方式虽然能够实现夹块212的对中运动，但是对中运动时候还存在侧移，从而为接头移动端提供扭矩，导致接头移动端出现旋转；对于大多数的接头移动端来说，该运动是不利的运动，所以，本实施方式中优选导向条孔2111的长度方向与所述平衡环211的径向方向平行。

一种可行的具体实施方式，所述支撑结构22包括支撑盘222，支撑盘222支撑对中夹持机构21，具体的，在本实施方式中，支撑盘222支撑对中夹持机构21上的锥形环座213；所述支撑盘222上设置有若干个用于连接固定接头1的连接杆221，连接杆221的一端通过连接座与固定接头1连接，连接杆221的另一端与支撑盘222连接，实现支撑盘222与固定接头1的相对位置不会发生改变，所述支撑盘222支撑对中夹持机构21，达到对中夹持机构21在支撑盘222支撑的作用下，在没有提升机构23施加提升力的情况下能够被支撑在海水面以下的一定位置处，也能使得对中夹具在对中夹持机构21自身作用下处于最大的开口状态。

进一步地，一种可行的具体实施方式，由于整个夹持对接装置2是在水中进行工作，水的流动会对对中夹持机构21产生影响，如水的流动带着对中夹持机构21出现水平方向上的位移，该位移会增加ROV将游离接头3放入对中夹持机构21内的难度，也会增加游离接头3在提升机构23的作用下与固定接头1同轴线对接的难度，所以，所述支撑盘222上设置有引导杆(未在图中画出)，所述引导杆的轴线与对中夹持机构21的轴线、固定接头1的轴线均平行，支撑盘222或/和锥形环座213均与引导杆滑动连接并且均能够沿着引导杆的轴线方向滑动；引导杆限制支撑盘222或/和锥形环座213的行程方向，有效降低水流对整个装置的工作产生影响。

一种可行的具体实施方式，所述提升机构23包括用于提供提升力的提升液压缸233，所述提升液压缸233的输出轴与对中夹持机构21之间设置有用于传递提升力的提升牵引绳231；具体的，提升液压缸233在自身液压作用下，提升液压缸233的输出轴能够伸出或收回，带着提升牵引绳231上升运动或下降运动，当提升牵引绳231做上升运动时候，提升牵引绳231将提升力传递给对中夹持机构21。

一种可行的具体实施方式，所述提升液压缸233的输出轴的前端设置有提升滑轮组件234，所述提升牵引绳231绕过该提升滑轮组件234后与所述对中夹持机构21连接，实现提升牵引绳231的两端同步运动，以保证对中夹持机构21处于无倾斜状态的被提升。

一种可行的具体实施方式，所述提升机构23还包括用于安装在固定接头1的提升导向轮组件232，所述提升牵引绳231的两端分别穿过提升导向轮组件232后与所述对中夹持机构21连接，提升导向轮组件232相当于定滑轮，改变提升牵引绳231牵引的方向，使得对中夹持机构21能够沿着固定接头1的轴线移动。

一种可行的具体实施方式，所述提升机构23还包括提升导向架235，提升导向架235与所述液压缸的输出轴滑动连接，提升导向架235用于对液压缸输出轴的运动导向，保证液压缸输出轴的运动稳定。

实施例6

一种远控操作的水下对接方法，运用实施例1-4所述的水下对接系统，以及实施例5所述的水下夹持对接装置，包括以下步骤：

S1：通过ROV协助将游离接头3置入对中夹持机构21内；

S2：提升机构23工作，使得对中夹持机构21做出对中夹持动作；

具体的，提升机构23中的提升液压缸233工作，带着提升牵引绳231运动，提升牵引绳231带着平衡环211移动，从而驱使夹块212沿着锥形环座213上的的导轨2131移动，夹块212相互靠拢，实现对中夹持机构21做出对中夹持动作，从而夹紧游离接头；

S3：对中夹持机构21夹持游离接头3，并且在提升机构23的继续作用下带着游离接头3运动；

具体的，提升机构23中的提升液压缸233继续工作，而对中夹持机构21已经夹持于游离接头上3了，所以，提升机构23只有带着对中夹持机构21继续上升，游离接头3具有自身重力，对中夹持机构21与游离接头3产生相对滑动，直到对中夹持机构21与限位凸台抵接，对中夹持机构21与游离接头3之间的相对滑动被限制，从而实现提升机构23带着游离接头3和对中夹持机构21一起向固定接头1运动；

S4：游离接头3与固定接头1对接，助力机构4工作，通过助力牵引绳42传递拉力给予外套12，外套12克服弹性件14的弹性势能，锁定机构解锁，给予游离接头3进入固定接头1的空间，在游离接头3与固定接头1对接后，助力机构4释放，外套12在弹性件14的弹性势能作用下复位，锁定机构锁定，从而实现固定接头1与游离接头的锁定，完成对接。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (31)

1.一种远控操作的水下对接系统，其特征在于：包括固定接头（1）和游离接头（3），所述固定接头（1）上设置有用于夹持游离接头（3）的夹持对接装置（2），所述夹持对接装置（2）具有对中夹持机构（21），并且所述固定接头（1）的轴线与对中夹持机构（21）的对中夹持中线重合；所述对中夹持机构（21）连接有用于驱动对中夹持机构（21）做出对中夹持动作和提升整个对中夹持机构（21）的提升机构（23），以使得所述游离接头（3）与固定接头（1）对接。

2.根据权利要求1所述的远控操作的水下对接系统，其特征在于：所述游离接头（3）上设置有用于限制对中夹持机构（21）与游离接头（3）发生相对位移的限位凸台。

3.根据权利要求1所述的远控操作的水下对接系统，其特征在于：所述固定接头（1）包括用于与游离接头（3）对接的接头座（11），所述接头座（11）的内壁形状与所述游离接头（3）的外壁形状相匹配。

4.根据权利要求3所述的远控操作的水下对接系统，其特征在于：所述接头座（11）的内壁上设置有密封圈（15）。

5.根据权利要求3所述的远控操作的水下对接系统，其特征在于：所述接头座（11）的连接端与管道连接，并且所述接头座（11）与管道连接位置设置有缓冲腔（18）。

6.根据权利要求3所述的远控操作的水下对接系统，其特征在于：所述接头座（11）的接入端设置有导向罩（17），所述导向罩（17）为锥形。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的远控操作的水下对接系统，其特征在于：所述固定接头（1）还包括有用于锁定接头座（11）与游离接头（3）的锁定机构。

8.根据权利要求7所述的远控操作的水下对接系统，其特征在于：所述锁定机构包括设置在接头座（11）上的若干个径向孔（111）和套设在接头座（11）上的外套（12），所述径向孔（111）内设置有锁定钢球（13），所述锁定钢球（13）的直径大于径向孔（111）的轴向尺寸，所述游离接头（3）上设置有环形的卡槽（31），所述外套（12）的内壁约束所述锁定钢球（13）使得所述锁定钢球（13）位于卡槽（31）与径向孔（111）之间。

9.根据权利要求8所述的远控操作的水下对接系统，其特征在于：所述外套（12）与所述接头座（11）滑动连接以实现所述锁定机构的锁定状态与解锁状态的更换。

10.根据权利要求9所述的远控操作的水下对接系统，其特征在于：所述外套（12）具有用于约束锁定钢球（13）的锁定环台（121），所述锁定环台（121）的内壁与所述接头座（11）的外壁贴合；所述外套（12）还具有用于存放锁定钢球（13）的解锁腔（122），所述解锁腔（122）位于所述锁定环台（121）的一侧，所述解锁腔（122）的内径大于所述锁定环台（121）的内径。

11.根据权利要求10所述的远控操作的水下对接系统，其特征在于：所述解锁腔（122）与所述锁定环台（121）之间存在过渡斜面（124）。

12.根据权利要求10所述的远控操作的水下对接系统，其特征在于：所述解锁腔（122）的内径小于接头座（11）的外径与锁定钢球（13）的直径之和，并且所述解锁腔（122）的内径大于或等于接头座（11）的内径与锁定钢球（13）的直径之和。

13.根据权利要求10所述的远控操作的水下对接系统，其特征在于：所述外套（12）还具有锁定腔（123），所述锁定腔（123）位于所述锁定环台（121）的另一侧，所述锁定腔（123）内设置有将锁定环台（121）推送至约束锁定钢球（13）的位置的弹性件（14）；所述外套（12）上连接有用于克服弹性件（14）的弹性力的助力系统（4）。

14.根据权利要求13所述的远控操作的水下对接系统，其特征在于：所述接头座（11）上设置有用于限制外套（12）位置的挡圈（16），以使得锁定环台（121）在所述弹性件（14）和挡圈（16）的作用下保持在约束锁定钢球（13）的位置。

15.根据权利要求13所述的远控操作的水下对接系统，其特征在于：所述助力系统（4）包括用于提供拉力的助力液压缸（41），所述助力液压缸（41）的输出轴与外套（12）之间设置有用于传递拉力的助力牵引绳（42）。

16.根据权利要求15所述的远控操作的水下对接系统，其特征在于：所述助力液压缸（41）的输出轴的前端设置有助力滑轮组件（43），所述助力牵引绳（42）绕过该助力滑轮组件（43）后与所述外套（12）连接。

17.根据权利要求15所述的远控操作的水下对接系统，其特征在于：所述助力系统（4）还包括用于安装在固定接头（1）的助力导向轮组件（44），所述助力牵引绳（42）的两端分别穿过助力导向轮组件（44）与所述外套（12）连接。

18.根据权利要求15所述的远控操作的水下对接系统，其特征在于：所述助力系统（4）还包括助力导向架（45），助力导向架（45）与所述助力液压缸（41）的输出轴滑动连接。

19.一种远控操作的水下夹持对接装置，应用于权利要求1-18任意一项所述的水下对接系统，其特征在于：包括对中夹持机构（21）和用于支撑对中夹持机构（21）的支撑结构（22），所述对中夹持机构（21）具有用于夹持游离接头（3）的对中夹具，所述对中夹具连接有用于驱动对中夹具做出对中夹持动作和提升整个对中夹持机构（21）的提升机构（23）。

20.根据权利要求19所述的远控操作的水下夹持对接装置，其特征在于：所述对中夹具包括至少两块能够相互靠拢或相互远离的夹块（212），所述提升机构（23）与对中夹具连接以使得夹块（212）能够相互靠拢或相互远离的夹块（212）。

21.根据权利要求20所述的远控操作的水下夹持对接装置，其特征在于：所述对中夹持机构（21）还具有锥形环座（213）和位于锥形环座（213）上方的平衡环（211），所述平衡环（211）靠近所述锥形环座（213）的小径端，所述提升机构（23）与所述平衡环（211）连接以实现所述平衡环（211）在竖直方向上运动；所述夹块（212）与平衡环（211）活动连接，所述夹块（212）与锥形环座（213）的表面活动连接以使得所述夹块（212）能够沿着锥形环座（213）的表面移动。

22.根据权利要求21所述的远控操作的水下夹持对接装置，其特征在于：所述锥形环座（213）放置在支撑结构（22）上以实现所述支撑结构（22）支撑所述对中夹持机构（21）。

23.根据权利要求21所述的远控操作的水下夹持对接装置，其特征在于：所述平衡环（211）上设置有至少两个用于让位的导向条孔（2111），所述夹块（212）的一端与导向条孔（2111）滑动连接，所述导向条孔（2111）的数量与所述夹块（212）的数量相匹配以使得每块夹块（212）具有对应的可移动空间。

24.根据权利要求23所述的远控操作的水下夹持对接装置，其特征在于：所述锥形环座（213）具有用于引导所述夹块（212）相互靠近或远离的导轨（2131），所述导轨（2131）与导向条孔（2111）在空间位置和数量上相匹配，所述所述夹块（212）的另一端与导轨（2131）滑动连接。

25.根据权利要求24所述的远控操作的水下夹持对接装置，其特征在于：所述导轨（2131）的长度方向平行于锥形环座（213）上对应位置的母线，或/和所述导向条孔（2111）的长度方向与所述平衡环（211）的径向方向平行。

26.根据权利要求19所述的远控操作的水下夹持对接装置，其特征在于：所述支撑结构（22）包括支撑盘（222），所述支撑盘（222）上设置有若干个用于连接固定接头（1）的连接杆（221），所述支撑盘（222）支撑对中夹持机构（21）。

27.根据权利要求19所述的远控操作的水下夹持对接装置，其特征在于：所述提升机构（23）包括用于提供提升力的液压缸，所述液压缸的输出轴与对中夹持机构（21）之间设置有用于传递提升力的牵引绳。

28.根据权利要求27所述的远控操作的水下夹持对接装置，其特征在于：所述液压缸的输出轴的前端设置有滑轮组件，所述牵引绳绕过该滑轮组件后与所述对中夹持机构（21）连接。

29.根据权利要求28所述的远控操作的水下夹持对接装置，其特征在于：还包括用于安装在固定接头（1）的导向轮组件，所述牵引绳的两端分别穿过导向轮组件与所述对中夹持机构（21）连接。

30.根据权利要求28所述的远控操作的水下夹持对接装置，其特征在于：所述提升机构（23）还包括导向架，导向架与所述液压缸的输出轴滑动连接。

31.一种远控操作的水下对接方法，运用权利要求1-18任意一项所述的水下对接系统，以及权利要求19-30任意一项所述的水下夹持对接装置，其特征在于：包括以下步骤：

S1：通过ROV协助将游离接头（3）置入对中夹持机构（21）内；

S2：提升机构（23）工作，使得对中夹持机构（21）做出对中夹持动作；

S3：对中夹持机构（21）夹持游离接头（3），并且在提升机构（23）的继续作用下带着游离接头（3）运动；

S4：游离接头（3）与固定接头（1）对接。