CN118207924A - 一种水下射流开沟铺缆作业系统及作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于水下作业技术领域，具体涉及一种水下射流开沟铺缆作业系统及作业方法，水下行走装置设置在机身主体下端；两个喷冲臂并位于机身主体的前端；喷冲抽吸装置设置在机身主体的后端，包括抽吸管路和喷冲管二，抽吸管路用于在线缆沉降至海沟底部之前通过抽吸口抽吸海沟内的泥沙，并通过排放口将泥沙排放至海沟外侧；喷冲管二喷出水平射流沿海沟的长度方向冲刷海沟的内侧壁及底部，维持线缆沉降至海沟底部时海沟的沟型。本发明可适用于土质稀软海床上，针对线缆弯曲半径大仅能自然沉降的情况下，确保线缆铺设至目标深度满足作业要求。

Description

一种水下射流开沟铺缆作业系统及作业方法

技术领域

本发明属于水下作业技术领域，具体涉及一种水下射流开沟铺缆作业系统及作业方法。

背景技术

目前海下线缆的设置，需要将线缆埋设至海床下，作业过程较为复杂，需要利用水下作业系统沿着预铺在海床上的电缆的方向移动，并通过搭载的开沟装置在海床上开设海沟，使线缆沉降至海沟底部，确保埋设深度符合要求。针对土质稀软的海床，开沟装置一般为射流开沟，即采用喷冲臂朝向海床喷出射流进行开沟。而针对弯曲半径大的线缆，例如大直径、表面硬度高的线缆，可弯曲程度受限大，其在敷设时一般不能借助其他辅助压缆装置，而是需要依靠线缆自然沉降至沟底，以确保线缆在敷设时不会被压坏。但依靠线缆自然沉降的情况，由于线缆敷设位置一般在深海，其受到的水下浮力大，自然沉降速度相对缓慢，尤其是弯曲半径大的线缆或者海沟深度大的情况，线缆从海床上至完全沉降至沟底之间的距离大，针对土质稀软度高的海床，海床上的泥沙容易因洋流自然回填，且海沟两侧容易塌陷下滑回填沟底，导致在线缆完全沉降至沟底之前出现沟深变浅的问题，致使线缆最终埋设深度不达标。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可适用于土质稀软海床上，线缆弯曲半径大仅能自然沉降的情况下，确保线缆铺设至目标深度的水下射流开沟铺缆作业系统及作业方法。

本发明的内容提供一种水下射流开沟铺缆作业系统，包括：

机身主体；

水下行走装置，所述水下行走装置设置在机身主体下端；

喷冲破土装置，所述喷冲破土装置包括两个喷冲臂，两个喷冲臂位于机身主体的前端，且均设置有用于喷出射流以在海床上开设海沟的前喷嘴；喷冲抽吸装置，喷冲抽吸装置设置在机身主体的后端，所述喷冲抽吸装置包括抽吸管路和喷冲管二，所述抽吸管路设置有排放口和抽吸口，所述抽吸口用于朝向海沟底部，排放口的位置高于抽吸口并相对于抽吸口呈横向设置，所述抽吸管路用于在线缆沉降至海沟底部之前通过抽吸口抽吸海沟内的泥沙，并通过排放口将泥沙排放至海沟外侧；

所述喷冲管二位于抽吸管路的后侧，喷冲管二上设置有喷冲口，喷冲口的喷冲方向朝背离抽吸管路的方向水平设置，所述喷冲管二用于在抽吸管路抽吸海沟内的泥沙之后，通过喷冲口喷出水平射流沿海沟的长度方向冲刷海沟的内侧壁及底部，维持线缆沉降至海沟底部时海沟的沟型

更进一步地，所述喷冲破土装置还包括布放机构一，所述布放机构一包括固定管路、转动管路、驱动机构一及驱动机构二，固定管路与机身主体固定，所述转动管路转动设置在固定管路上并与固定管路连通，驱动机构一用于驱动转动管路绕固定管路上转动，两个喷冲臂均转动设置在转动管路上并与转动管路连通，驱动机构二用于驱动两个喷冲臂绕转动管路上转动。

更进一步地，所述喷冲破土装置还包括驱动机构三，驱动机构三可驱动两个喷冲臂沿转动管路的轴向移动，以调节两个喷冲臂之间的间距。

更进一步地，所述抽吸管路设置有两个，两个抽吸管路沿机身主体的宽度方向间隔设置，且两个抽吸管路之间的间距可调，所述喷冲管二设置有两个，两个喷冲管二沿机身主体的宽度方向间隔设置，且两个喷冲管二之间的间距可调。

更进一步地，所述喷冲抽吸装置还包括布放机构二、支撑座和驱动组件一，布放机构二设置在机身主体的后端，支撑座设置在布放机构二背离机身主体的一端，单个所述喷冲管二与单个抽吸管路固定连接，且单个喷冲管二与其所固定连接的抽吸管路组成一个喷冲抽吸组件，两个喷冲抽吸组件均设置在支撑座上，两个喷冲抽吸组件之间间隔设置，线缆可沿两个喷冲抽吸组件之间落入海沟内；

两个所述喷冲抽吸组件中，至少一个喷冲抽吸组件滑动设置在支撑座上，所述驱动组件一驱动该滑动设置的喷冲抽吸组件移动，以调节两个喷冲抽吸组件之间的间距。

更进一步地，两个喷冲臂的底部均设置有尾喷嘴，所述尾喷嘴的喷冲方向呈背离前喷嘴的喷冲方向设置。

更进一步地，两个喷冲臂和两个喷冲抽吸组件的布放高度可调。

更进一步地，所述抽吸管路一端设有进水口一，另一端横向设置，排放口位于该横向设置的一端，抽吸管路上位于进水口一与排放口之间设置有管径收缩段，该管径收缩段的侧面纵向延伸设置有延长管，抽吸口位于该延长管上，所述抽吸管路上位于排放口位置处设置有端盖，所述端盖与排放口之间的开合程度可调。

更进一步地，还包括前置喷冲机构，所述前置喷冲机构设置在机身主体的前端，并位于两个喷冲臂前方，前置喷冲机构上有前置喷嘴，以在两个喷冲臂作业之前对海床进行吹扫和/或预开沟。

本发明的内容还提供一种水下射流开沟铺缆作业方法，使用了如上述的水下射流开沟铺缆作业系统，该作业方法包括以下步骤：

S1、使水下射流开沟埋缆作业系统落至待开沟埋缆的海床上，并使两个喷冲臂在海床上的投影对应位于线缆的两侧；

S2、水下射流开沟埋缆作业系统通过水下行走装置在海床上沿线缆的长度方向行走，通过两个喷冲臂上的前喷嘴喷出射流，以沿线缆的长度方向对海床进行喷冲破土开设海沟；

S3、通过抽吸管路的抽吸口在线缆落入海沟抽吸海沟内的泥沙，并通过排放口将泥沙排放至海沟外侧，并通过喷冲口喷出水平射流沿海沟的长度方向冲刷海沟的内侧壁及底部，持续液化海沟内的土壤，维持沟型，线缆自然沉降至海沟的沟底。

本发明的有益效果是，针对弯曲半径大的线缆，其从海床至完全沉降至沟底处之间的距离较长，将喷冲抽吸装置设置在机身主体的后端外侧，与两个喷冲臂之间的距离大，适配线缆自然沉降的幅度。水下行走装置驱动作业系统整体在海床上整体沿线缆的长度方向移动，两个喷冲臂喷射水流在海床上破土开沟，形成海沟。由于土质稀软度高，破土开沟后海沟容易在短时间内塌陷，通过在机身主体后端设置喷冲抽吸装置，开沟后、线缆沉降至海沟底部之前，通过抽吸管路将自然回流及因海沟两侧塌二沉积海沟底部的泥沙抽出，并将抽出的泥沙排至海沟外侧，保障海沟的深度，在抽吸管路之后、线缆持续，利用喷冲管二在海沟内持续产生沿海沟长度方向的水平射流，冲刷海沟的内侧壁及底部，持续液化土壤，维持线缆沉降至海沟底部时海沟的沟型，保障海沟的深度，保障的铺设深度符合作业要求，提高线缆在海底埋设后的安全和稳定性。以确保线缆埋设深度能够达到作业要求，提高线缆在海底埋设后的安全和稳定性。

本发明一方面可以在喷冲破土装置开沟之后、线缆完全落在海沟沟底之前，将海沟沟底沉积泥沙排出在海沟两侧外，并利用两个喷冲口持续维持海沟的沟型，确保自然沉降的线缆能够落在海沟沟底，另一方面，由于抽吸排出的泥沙排至在海沟的外侧，并在后续的洋流作用下二次回填至海沟内，针对大直径的线缆及深度大的海沟，能够利于在线缆沉降至海沟沟底之后利用自然洋流的冲刷对线缆进行掩埋，确保线缆不会裸露在外，提高了水下埋缆作业的可靠性。

附图说明

图1为本发明水下射流开沟埋缆作业系统第一作业姿态的结构示意图。

图2为本发明水下射流开沟埋缆作业系统第二作业姿态的结构示意图。

图3为本发明水下行走装置的结构示意图。

图4为本发明水下行走装置中可转推进器的结构示意图。

图5为本发明水下行走装置中履带机构第一设置方式的结构示意图。

图6为本发明水下行走装置中履带机构第二设置方式的结构示意图。

图7为本发明水下行走装置中履带模块向下倾斜姿态的示意图。

图8为本发明喷冲破土装置的结构示意图。

图9为本发明喷冲破土装置第一下放姿态的示意图。

图10为本发明喷图9的左视图。

图11为本发明喷图9中两个喷冲臂间距增大后的示意图。

图12为本发明喷冲破土装置第二下放姿态的示意图。

图13为本发明喷冲破土装置回收姿态的示意图。

图14为本发明前置喷冲机构的结构示意图。

图15为本发明喷冲抽吸装置的第一视角结构示意图。

图16为本发明喷冲抽吸装置的第二视角结构示意图。

图17为本发明喷冲抽吸装置的回收姿态示意图。

图18为本发明喷冲抽吸装置的下放姿态示意图。

图19为本发明喷冲抽吸装置的左摆姿态示意图。

在图中：1、机身主体；2、水下行走装置；21、滑靴；22、履带机构；221、履带模块；23、驱动模块一；24、连杆；25、垂直推进器；26、水平推进器；27、可转推进器；271、连接杆；272、推进器本体；28、驱动模块二；3、喷冲破土装置；31、固定管路；32、转动管路；321、弯头；322、安装杆；33、驱动机构一；34、喷冲臂；341、喷冲管一；3411、前喷嘴；3412、内侧喷嘴；3413、尾喷嘴；35、导流件；351、导流塞；352、连接套；36、驱动机构二；37、驱动机构三；38、水泵机构；4、喷冲抽吸装置；41、支撑座；42、抽吸管路；421、进水口一；422、排放口；423、抽吸口；424、端盖；43、喷冲管二；431、进水口二；432、喷冲口；44、驱动组件一；45、驱动组件二；46、固定框架；461、铰接部；47、移动框架；48、驱动组件三；49、驱动组件四；5、前置喷冲机构；51、支撑管；52、前置喷管；51、前置喷嘴；53、驱动机构五；100、线缆。

具体实施方式

如图1-图19所示，本发明提供一种水下射流开沟铺缆作业系统，该作业系统包括机身主体1、水下行走装置2、喷冲破土装置3及喷冲抽吸装置喷冲压缆器4。所述水下行走装置2设置在机身主体1下端，用于驱使水下射流开沟铺缆作业系统在海床上移动。所述喷冲破土装置3包括布放机构一和两个喷冲臂34，布放机构一设置在机身主体1上，两个喷冲臂34设置在布放机构一上并位于机身主体1的前端，且均设置有用于喷出射流以在海床上开设海沟的前喷嘴3411。

喷冲抽吸装置4设置在机身主体1的后端，所述喷冲抽吸装置4包括抽吸管路42和喷冲管二43，抽吸管路42设置有排放口422和抽吸口423，所述抽吸口423用于朝向海沟底部，排放口422的位置高于抽吸口423并相对于抽吸口423呈横向设置，开沟铺缆作业中，该抽吸管路42在喷冲臂之后作业，用于在线缆沉降至海沟底部之前通过抽吸口423抽吸海沟内的泥沙，并通过排放口422将泥沙排放至海沟外侧，保障海沟的深度满足敷设要求。具体设置为，排放口422与抽吸口423之间的高度差大于所需开设的海沟深度，使得抽吸管设有抽吸口423的一端伸入海沟内部后，排放口422在海沟上方一侧，抽吸口423抽吸海沟底部泥沙时，泥沙则在海沟上方一侧排出，以保障将海沟内的泥沙有效抽出。

所述喷冲管二43位于抽吸管路42的后侧，喷冲管二43上设置有喷冲口432，喷冲口432的喷冲方向朝背离抽吸管路42的方向水平设置，使用时喷冲管二43设有喷冲口432的一端伸入海沟，随着开沟时机身主体1的移动，喷冲口432可沿海沟的长度方向喷出朝向机身主体1后侧方向的水平射流，从而在所述喷冲管二43用于在抽吸管路42抽吸海沟内的泥沙之后，喷出水平射流沿海沟的长度方向冲刷海沟的内侧壁及底部，持续液化土壤，维持线缆沉降至海沟底部时海沟的沟型，保障线缆落入海沟底底部时，保障线缆的沉降深度符合作业要求。如图1和图2所示，针对弯曲半径大的线缆100，其从海床至完全沉降至沟底处之间的距离较长，通过将两个喷冲抽吸组件设置在机身主体1的后端外侧，与两个喷冲臂34之间的距离大，适配线缆100自然沉降的幅度。水下行走装置2驱动作业系统整体在海床上整体沿线缆100的长度方向移动，两个喷冲臂34喷射水流在海床上破土开沟，形成海沟，相对于机械切割式破土装置能够更适用于土质稀软的海床。由于土质稀软度高，破土开沟后海沟容易在短时间内塌陷，通过在机身主体1后端设置喷冲抽吸装置4，开沟后、线缆沉降至海沟底部之前，通过抽吸管路42将自然回流及因海沟两侧塌二沉积海沟底部的泥沙抽出，并将抽出的泥沙排至海沟外侧，保障海沟的深度，在抽吸管路42之后、线缆持续，利用喷冲管二43在海沟内持续产生沿海沟长度方向的水平射流，冲刷海沟的内侧壁及底部，持续液化土壤，维持线缆沉降至海沟底部时海沟的沟型，保障海沟的深度，保障的铺设深度符合作业要求，提高线缆在海底埋设后的安全和稳定性。本发明一方面可以在喷冲破土装置3开沟之后、线缆完全落在海沟沟底之前，将海沟沟底沉积泥沙排出在海沟两侧外，并利用两个喷冲口432持续维持海沟的沟型，确保自然沉降的线缆100能够落在海沟沟底，另一方面，由于抽吸排出的泥沙排至在海沟的两侧外，并在后续的洋流作用下二次回填至海沟内，针对大直径的线缆100及深度大的海沟，能够在线缆100沉降至海沟沟底之后利用自然洋流的冲刷对线缆100进行掩埋，确保线缆100不会裸露在外，提高了水下埋缆作业的可靠性。

所述水下行走装置包括行走机构和推进机构，所述推进机构设置在机身主体1上，用于产生推力，辅助水下行走装置的移动及姿态调整。行走机构设有两个，两个行走机构对应位于机身主体1的两侧，即其中一个行走机构位于机身主体1的一侧，另一个行走机构位于机身主体1的另一侧，且行走机构与机身主体1连接。在本发明的一个实施方式中，如图3所示，该行走机构为滑靴21，滑靴21与机身主体1为固定连接。配合推进机构产生的推力，使作业系统能够在海床上滑行。相对于履带机构，滑靴21结构简单，重量轻，能够减少作业系统整体的在水下的重量，适合在易塌陷的软土上运行。

在本发明的另一个实施方式中，如图5-图7所示，行走机构为履带机构22，其与机身主体1的连接为铰接，两个履带机构22均具有相对于机身主体1倾斜的移动行程，即两个履带机构22在机身主体1上的姿态可调。所述机身主体1的两侧均对应设置有驱动机构，用于分别驱动位于机身主体1两侧的履带机构22移动，以调节履带机构22的姿态，从而调节履带机构22相对于机身主体1的倾斜度及调节两个履带机构22底部之间的夹角。

本发明提供的水下行走装置，基于履带机构22的实施方式中，可以通过调整履带机构22的姿态来调节履带机构22相对于机身主体1的倾斜度及两个履带机构22底部之间的夹角，使两个履带机构22的底面在同一水平面上，适应平缓海床的行走，或使两个履带机构22的底面形成向上或向下的夹角，适应呈山脊状凸起的海床或沟槽状向下凹陷的海床，提高此类海床地形下履带机构22的抓地能力，提高水下的行走性能，通过推进机构可调整本装置的姿态及为本装置提供辅助推力，结合履带机构22自身工作时的推力，满足在泥质较软海床上行走的推力要求，避免打滑，进一步提高水下的行走性能，满足不同水下地形的行走要求及可靠性，提高水下作业的灵活性，拓宽了可作业的场景范围。如图7所示即为两个履带机构22姿态调整后适应沟槽状向下凹陷的海床的状态，当用于适应呈山脊状凸起的海床时，两个履带机构22则向下倾斜。

在本发明的一个设置方式中，如图5所示，单个履带机构22即为一个履带行走机构，即机身主体1的一侧仅设置有一个履带行走机构。

在本发明的优选设置方式中，如图6-图7所示，单个所述履带机构22包括两个履带模块221，两个履带模块221均与机身主体1铰接，且均具有相对于机身主体21倾斜的移动行程，单个履带模块221即为一个履带行走机构，即本发明机身主体21的一侧设置有两个前述的履带行走机构，其中，上述所指的履带行走机构其具体结构原理均有现有技术相同，在此不再赘述。单个所述驱动机构包括两个驱动模块一23，两个驱动模块一23用于对应驱动两个履带模块221绕与机身主体1的铰接处转动。该设置方式中，机身主体1两侧共设置有四个履带模块221，且各自通过对应的驱动模块一23驱动调节姿态，因此四个履带模块221在崎岖的海床上可以有不同的倾斜角度，以提升抓地能力，便于在大颗粒岩石的海床上行走。

所述履带模块221通过连杆24与机身主体1连接，配合驱动模块一23实现履带模块221的姿态调整，相对于转动驱动模块直接驱动履带模块221进行转动，采用连杆结构利于提升承载能力，降低对驱动模块一23的强度要求。具体地，单个所述履带模块221通过两个连杆24与机身主体1连接，两个连杆24的一端与机身主体1铰接，另一端与履带模块221铰接，形成四边形机构。由于在单个履带模块221与机身主体1连接有两个连杆24，利于提高结构强度，且可以分散载荷，相同承载能力的情况下，单个连杆24的所受载荷更小，对连杆24的强度、尺寸要求更小。其中，所述驱动模块一23为直线驱动模块，如油缸或者其他为线性输出的驱动模块，油缸的缸体端与机身主体21铰接，活塞端与其中一个连杆铰接。

所述推进机构包括垂直推进器25和水平推进器26，垂直推进器25和水平推进器26均设置在机身主体1上。如图3所示，垂直推进器25即为沿机身主体1垂向方向设置的推进器，用于产生垂向的推力，辅助作业系统的上升和下压；水平推进器26即为沿机身主体1水平方向布置的推进器，用于产生作业系统前后方向或侧向的水平推力，为作业系统提供前后移动及侧向移动的辅助推力，提高水下作业的灵活性。

所述推进机构还包括可转推进器27，与所述可转推进器27设置在机身主体1上，并具有相对于机身主体1倾斜的移动行程，以调整可转推动器27的倾斜度，从而调整推力方向。例如当泥质细软或地形复杂的海床中，作业系统原有推力不足以满足行走动作时，在原有垂直推进器25或水平推进器26的推力基础上，能够额外产生产生水平或垂向的推力，以增加水平或垂向的推力，从实现作业系统的行走动作。该设置方式，由于可转推进器27其推力方向具备可调性，单个可转推进器27即可用于增加作业系统的垂向推力，也可用于增加装置的水平推力，使用的灵活性高，在推力器功率相同且作业系统的垂向最大推力、水平最大推力相同的情况下，也能够减少推进器总量的布置。本发明还包括驱动模块二28，所述可转推进器27包括连接杆271和固定设置在连接杆271上的推进器本体272，推进器本体272跟随连接杆271移动和转动，所述连接杆271铰接设置在机身主体1上，具备在机身主体1上转动的行程，所述驱动模块二28用于驱动连接杆271转动，以调节可转推进器27相对于机身主体1的倾斜度，从而调节可转推进器28的倾斜度。其中，驱动模块二28具体为油缸或其他线性输出的驱动模块，油缸的缸体端与机身主体21铰接，活塞端则与连接杆271侧面铰接，油缸活塞端伸出时，推动连接杆271发生转动。其中，上述的垂直推进器、水平推进器及推进器本体其结构原理均有现有技术推进器相同，在此不再赘述。

本发明还设置有寻缆模块，寻缆模块设置在机身主体1上并位于作业系统的最前端，并有两组高度的安装接口，寻缆模块的框架上有两级油缸，一级油缸驱动寻缆模块的框架旋转，二级油缸改变寻缆模块的高度，最终实现寻缆模块四个布放高度，适应不同地质和不同直径线缆的检测。寻缆模块具体为利用电磁感应线缆的感应器，其与作业系统的控制系统电性连接，用于感应线缆的位置，并将位置信息传递给作业系统的控制系统，控制系统经过判断和计算，自动控制推进机构和行走机构，调整作业系统整体的方向和速度，使作业系统能自动跟随线缆的长度方向进行开沟敷缆，减少了操作员的主动干预，使开沟敷缆过程更加智能化。其中，本文所述的布放为将目标机构下放至工作姿态。

所述布放机构一包括固定管路31、转动管路32、驱动机构一33及喷驱动机构二36，固定管路31安装在机身主体上，所述转动管路32转动设置在固定管路31上，并与固定管路31连通，即转动管路32具备在固定管路31上径向转动的行程，且在转动后，转动管路32与固定管路31保持连通。所述驱动机构一33用于驱动转动管路32绕固定管路31上转动，驱动机构一33为油缸，该油缸的活塞端与转动管路32铰接，缸体端则与机身主体铰接，形成近似连杆结构，实现转动管路32转动的同时，承载能力更好。两个喷冲臂34的进水端上各固定设置有一个导流件35，且各喷冲臂34与其对应的导流件35连通，两个导流件35均转动设置在转动管路32上，并与转动管路32连通，即两个导流件35具备在转动管路32上径向转动的行程，且在转动后，两个导流件35与转动管路32保持连通，进而使两个喷冲臂34与转动管路32保持连通。所述驱动机构二36用于驱动两个喷冲臂34及两个导流件35绕转动管路32上转动，驱动机构二36的数量与导流件35的数量对应，也为两个，驱动机构二36为油缸，该油缸的活塞端与导流件35铰接，缸体端则与机身主体铰接，形成近似连杆结构，实现两个导流件35及两个喷冲臂34转动的同时，承载能力更好。

本发明提供的喷冲破土装置，固定管路31和转动管路32既作为两个喷冲臂34的供水管路使用，又作为两个喷冲臂34的安装及承载结构使用，在实现两个喷冲臂34安装的基础上，无需布置额外的满足下放深度的管道连接两个喷冲臂34与水泵机构，能够确保喷冲臂34不同下放深度的情况下，均能保证与喷冲臂34的连通，利于简化整体结构，可缩减整体体积，减少空间占用。而相较于一般的管道，由于固定管路31和转动管路32作为两个喷冲臂34的安装及承载结构使用，其强度和硬度更大，作为供水管路使用时也不易因为海下生物或岩石的撞击而发生漏水，可靠性更高。利用驱动机构一33和驱动机构二36形成二级驱动结构，不仅可以实现两个喷冲臂34的下放和回收，在利用驱动机构一33驱动转动管路32翻转实现两个喷冲臂34的下放时，驱动机构二36可同步驱动两个喷冲臂34转动以调整姿态，在两个喷冲臂34下放较深或较浅时，前喷嘴相对于垂向的角度可保持为最佳的喷冲角度范围，确保水射流的喷射角度为最佳喷冲破土的角度，使得本发明在能够适用不同深度的开沟作业，同时确保开沟的质量和效率，水下作业的灵活性高。

如图9所示，为两个喷冲臂34完全下放后的姿态，即下放至最低位的姿态，可适用于较深海沟的开沟作业；如图10所示，为两个喷冲臂34下放深度较浅的姿态，可适用于较浅海沟的开沟作业；在该两个姿态下，前喷嘴的朝向及相对于垂向的角度一致。

在本发明的一个实施方式中，固定管路31与转动管路32之间可通过柔性管道连通，在满足转动管路32转动行程的基础上确保连通。转动管路32通过柔性管道与两个导流件35连通，在满足两个导流件35移动行程的基础上确保连通。

在本发明的优选实施方中，所述转动管路32与固定管路31的转动配合处设置有径向的动密封，在满足转动行程的基础上能够使转动管路32与固定管路31之间直接连通。两个导流件35与转动管路32的转动配合处也设置有径向的动密封，在满足转动行程的基础上能够使两个导流件35与转动管路32之间直接连通。该实施方式中无需额外增设柔性管道，降低管路复杂度和连通处的破损漏水风险。

所述固定管路31设置有两组，两组固定管路31各自连接有一组水泵机构38，即两组固定管路31分别通过对应的水泵机构38实现供水。所述转动管路32为凵型，如图8所示，转动管路32的两端均设置有弯头321，两组固定管路31均横向折弯设置，转动管路32两端的弯头321与两组固定管路31的横向部分转动连接并径向动密封，以直接连通，在确保连通的基础上转动管路32整体可在驱动机构一33的作用下绕两组固定管路31上转动。且两组固定管路31之间通过支管连通和/或转动管路32的两端之间通过支管连通，当其中一组水泵机构38出现故障或失效时，通过另一组水泵机构38可维持两个喷冲臂34的水流供给，维持作业的进行，避免中断。其中，导流件35上端固定设置有连接套352，如图8所示，两个导流件35的连接套352均套设在转动管路32上，即导流件35通过连接套352与转动管路32连接，在导流件35与转动管路32为动密封的实施方式中，导流件35与导流套352连通，导流件35上具体是导流套352与转动管路32动密封，且转动管路32位于与连接套352重合处的侧壁上开设有过水孔，转动管路32内的水流通过过水孔沿连接套352进入导流件35内，并从导流件35沿喷冲臂34的进水端流入喷冲臂34内。

单个喷冲臂34上前喷嘴3411的数量有数个，数个前喷嘴3411沿喷冲臂34的高度方向设置，具体地，单个所述喷冲臂34包括数组喷冲管一341，数组喷冲管一341的长度不同，且数组喷冲管一341按长度顺序并列设置，即从短至长的顺序并联设置，且数组喷冲管一341均与导流件35连通，数组喷冲管一341上均设置有前喷嘴3411。如图12和图13所示，数组所述喷冲管一341中，长度最短的喷冲管一341其前喷嘴3411设置在该喷冲管一341背离其余喷冲管一341的一侧，其余喷冲管一341的前喷嘴3411设置在长于相邻喷冲管一341的区域，且所有喷冲管一341上的前喷嘴3411均朝同一方向设置，如图10和图11所示，在喷冲臂34的正视状态下，数组喷冲管一341上的前喷嘴3411沿喷冲臂34的高度方向设置。

所述导流件35上设置有导流塞351，用于封堵或打开数组喷冲管一341中长度短的一侧的部分喷冲管一341，由于数组喷冲管一341为按长度顺序并列设置，该长度短的一侧具体为喷冲臂34中最短的喷冲管一341所在的一侧，其中，单个喷冲臂34中可因导流塞351而封堵或打开的喷冲管一341数量小于该喷冲臂34内所有喷冲管一341的数量。当可因导流塞351而封堵或打开的喷冲管一341具有至少两组时，则为从最短喷冲管一341沿长度方向依次顺数的至少两组。当所需开设的海沟较深时，喷冲臂34没入海床的深度较深，如图1所示，所有喷冲管一341均没入海床中，所有前喷嘴3411基本都不高于海床，即所有前喷嘴3411均参与海床的破土开沟作业。当所需开设的海沟深度较浅时，如图2所示，喷冲臂34没入海床的深度较浅，此时部分前喷嘴3411则会明显高于海床而不参与海床的破土开沟作业，利用导流塞351封堵该前喷嘴3411所在的喷冲管一341，使位于海床上方喷冲管一341无水射流喷冲，将所有的水流引导到位于海床内的喷冲管一341内，提高水射流利用效率和开沟效率。其中，导流塞351在导流件35上的位置为位于喷冲管一341的上方，导流塞351具体包括驱动机构四和塞子本体，驱动机构四优选为油缸，其缸体端固定设置在导流件35上，塞子本体设置在该油缸的活塞端上，且塞子本体穿设在导流件35内部，并与导流件35动密封，通过油缸驱动塞子本体朝向喷冲管一341移动并塞入喷冲管一341内以实现封堵，通过油缸驱动塞子本体背离喷冲管一341移动以实现打开。

本发明还包括驱动机构三37，驱动机构三37可驱动导流件35沿转动管路32上轴向移动，以调节两个喷冲臂34之间的间距，以适用开设不同宽度的海沟。其中，导流件35在转动管路32产生的轴向移动行程即为连接套352在转动管路32上的轴向移动行程，在本发明基于动密封的实施方式中，导流件35上连接套352与转动管路32的动密封还包括轴向动密封，即导流件35还具备在转动管路32上轴向移动的行程，当连接套352在转动管路32上轴向移动时，过水孔始终位于连接套352与转动管路32的重合范围内；在本发明基于柔性管道连接的实施方式中，柔性管道的长度能够满足导流件35的移动行程即可。确保两个喷冲臂34之间的间距调节后，两个喷冲臂34能够保持通过导流件35与转动管路32连通的状态。驱动机构三37为油缸，该油缸连接在两个导流件35之间，以驱动两个导流件35的同步移动。或该油缸设置有两个，转动管路32上固定设置有安装杆322，两个油缸的缸体端均固定在安装杆322上，活塞端则对应与两个导流件35连接。

两个喷冲臂34的数组所述喷冲管一341上均设置有内侧喷嘴3412，数组喷冲管一341中，长度最短的喷冲管一341其内侧喷嘴3412位于该喷冲管一341的内侧，其余喷冲管一341上的前喷嘴3411设置在长于相邻喷冲管一341的区域的内侧，且两个所述喷冲臂34中的内侧喷嘴3412呈互为相对设置。针对所需开设的海沟宽度较宽时，两个喷冲臂34之间的间距较大，位于海沟中间的土壤可能存在没有被液化的情况，该内侧喷嘴3412的设置则可在海沟内形成沿海沟宽度方向形成对向的水射流，使位于两个喷冲臂34之间的土壤液化，以利于根据大直径的线缆100而开设大宽度的海沟并确保大宽度海沟的沟型，进一步提高了使用的灵活性。

两个喷冲臂34的底部均设置有尾喷嘴3413，所述尾喷嘴3413的喷冲方向呈背离前喷嘴3411的喷冲方向设置，即尾喷嘴3413喷出的水射流方向背离前喷嘴3411喷出的水射流方向，且尾喷嘴3413喷出的水射流与海沟底部平行。尾喷嘴3413的设置，能够在前喷嘴3411开设海沟后，利用喷冲臂34内的高压水流，在海沟内产生与前喷嘴3411反方向的水平射流，持续液化后方海沟内的土壤，维持沟型，在两个喷冲抽吸组件作业之前减少泥沙的回填情况，降低两个喷冲抽吸组件的抽吸工作强度及对水压的要求。尤其是当海床土质细软度高、而线缆弯曲半径大导致两个喷冲抽吸组件与两个喷冲臂34之间的距离较大时，尾喷嘴3413的设置能够配合两个喷冲抽吸组件更好地确保线缆完全沉降前海沟的沟型及沟深。优选尾喷嘴3413设置在喷冲臂34中长度最长的喷冲管一341底部设置，在开设的海沟深度不同时，均能够保持尾喷嘴3413位于海沟内的底部。

如图14所示，本发明还包括前置喷冲机构5，前置喷冲机构5设置在机身主体1上并位于两个喷冲臂4之间。前置喷冲机构5的设置，可在喷冲臂34喷冲破土之前起到预喷冲的作用，一方面可用于清理海床表面及线缆上的淤泥碎石和海底生物附着，另一方面可于喷冲臂34之前在海床表面开出一道浅沟，形成预开沟，在拐弯的时候可降低喷冲臂34的破土开沟难度，利于转向开沟埋缆作业。其中，所述前置喷冲机构5包括支撑管51、前置喷管52和驱动机构五53，支撑管51与外部供水单元连接，前置喷管52转动设置在支撑管51下端并为动密封，前置喷嘴52的下端设置有前置喷嘴521，用于喷出水射流，驱动机构五53具体为油缸，其铰接设置在支撑管51与前置喷管52之间。具体地，如图14所示，前置喷管52设置有两个，两个前置喷管52均折弯设置且背离前置喷嘴521的一端与支撑管51下端转动连接并动密封，两个前置喷管52共同形成U型喷头结构，且两个前置喷管52之间通过杆体固定连接，油缸具体为铰接在支撑管51与杆体之间。

如图15-图19所示，所述喷冲抽吸装置4还包括布放机构二、支撑座41和驱动组件一44，布放机构二设置在机身主体1的后端，支撑座41设置在布放机构二背离机身主体1的一端，单个所述喷冲管二43与单个抽吸管路42固定连接，两个喷冲抽吸组件通过支撑座41设置在布放机构二背离机身主体1的一端，两个喷冲抽吸组件之间间隔设置，可供线缆穿过，在工作状态下，线缆可沿两个喷冲抽吸组件之间落入海沟内。该设置方式能够在不影响线缆正常沉降的情况下对海沟内部进行泥沙抽排及持续液化土壤。其中，所述喷冲管二43的下端与抽吸管路42的下端并列设置，且喷冲管二43的侧面设置有喷冲口432，该喷冲口432具体位于喷冲管二43背离两个喷冲臂的一侧，喷冲口432的喷冲方向与抽吸口423的抽吸方向垂直，喷冲抽吸装置4工作时，两个喷冲抽吸组件同时使用，抽吸口423和喷冲口432均位于海沟内，抽吸口423朝向海沟内底面设置，喷冲口432的喷冲方向沿海沟的长度方向设置，即喷冲方向朝向图1和图2的右侧方向。使得所述喷冲口432位于海沟内时，喷冲口432沿海沟的长度方向朝背离两个喷冲臂的方向喷出水平射流。

当线缆弯曲半径大或开设的海沟深度深时，优选布放机构二朝背离机身主体1的方向延伸设置，增大两个喷冲抽吸组件与两个喷冲臂之间的间距，减缓线缆在海床至海沟沟底的幅度。两个所述喷冲抽吸组件中，至少一个喷冲抽吸组件滑动设置在支撑座41上，所述驱动组件一44驱动该滑动设置的喷冲抽吸组件移动，以调节两个喷冲抽吸组件之间的间距，以适配不同宽度的海沟。

抽吸管路42上位于进水口一421与抽吸口423之间设置有管径收缩段，该管径收缩段的侧面连通设置有抽吸口423，具体设置为，抽吸管路42上位于进水口一421与抽吸口423之间中部位置为收缩设置，形成上述管径收缩段，该管径收缩段的侧面纵向连通设置有延长管，形成抽吸管路42的下端，该延长管的末端即为所述抽吸口423，基于文丘里效应，水流沿进水口一21向排放口22快速流动时，在抽吸口23处产生低压，从而产生吸附作用。抽吸管路42上及喷冲管二43上均分别设置有水泵，用于分别驱动水流沿进水口一421至排放口422的方向流动及驱动水流沿进水口二431至喷冲口432的方向流动，其中，抽吸管路42上水泵的位置设置在进水口一421处，确保水流沿进水口一421至排放口422的方向流动即可，喷冲管二43上水泵的位置设置在进水口二431处，也可以是设置在喷冲管二43的其他位置，确保水流沿进水口二431至喷冲口432的方向流动即可。

所述喷冲抽吸装置还包括支撑座41和驱动组件一44，两个喷冲抽吸组件通过支撑座41设置在布放机构二背离机身主体1的一端，两个所述喷冲抽吸组件中，至少一个喷冲抽吸组件滑动设置在支撑座41上，所述驱动组件一44驱动该滑动设置的喷冲抽吸组件移动，以调节两个喷冲抽吸组件之间的间距，以适配不同宽度的海沟。

优选两个所述喷冲抽吸组件均滑动设置在支撑座1上，所述驱动组件一44位于两个喷冲抽吸组件之间，驱动组件一44的固定端与其中一个喷冲抽吸组件连接，移动端与另一个喷冲抽吸组件连接，以确保两个喷冲抽吸组件在支撑座1上的对称性，且在相同间距调节下，单个喷冲抽吸组件的移动行程更小。具体的，两个喷冲抽吸组件内的抽吸管路42均通过滑块与支撑座41滑动连接，驱动组件一44为油缸，油缸的缸体端与其中一个喷冲抽吸组件内的抽吸管路42固定，活塞端则与另一个喷冲抽吸组件内的抽吸管路42固定，如图16所示，驱动组件一44的数量也可以设置为两个。

抽吸管路42一端设置有进水口，另一端横向设置，排放口422位于该横向设置的一端，抽吸管路42上位于进水口一421与排放口422之间设置有管径收缩段，该管径收缩段的侧面纵向延伸设置有延长管，抽吸口423位于该延长管上，基于文丘里效应，水流沿进水口一421向排放口422快速流动时，在抽吸口423处产生低压，从而产生吸附作用。抽吸管路42上及喷冲管二43上均分别设置有水泵，用于分别驱动水流沿进水口一421至排放口422的方向流动及驱动水流沿进水口二431至喷冲口432的方向流动，其中，抽吸管路42上水泵的位置设置在进水口一421处，确保水流沿进水口一421至排放口422的方向流动即可，喷冲管二43上水泵的位置设置在进水口二431处，也可以是设置在喷冲管二43的其他位置，确保水流沿进水口二431至喷冲口432的方向流动即可。

所述抽吸管路42上位于排放口422位置处设置有端盖424，所述端盖424与排放口422之间的开合程度可调，以根据作业情况调节排放口422的出水流量。而当抽吸口423内发生淤泥堵塞时，通过端盖424关闭排放口422，此时水流方向为沿进水口一421至抽吸口423方向，可对反向冲洗抽吸口423，清理堵塞。

本发明还包括驱动组件二45，通过驱动组件二45驱动端盖424移动或转动，以调节端盖424与排放口422之间的开合程度。端盖424铰接设置在抽吸管路42的排放口422端部，驱动组件二45具体为油缸，其缸体端与抽吸管路42铰接，活塞端与端盖424一侧铰接，通过该油缸的活塞伸缩驱动端盖424的开合。

本发明还包括驱动组件三48，通过驱动组件三48驱动支撑座41升降，实现两个喷冲抽吸组件的回收和下放及下方高度调节，以适用不同深度的海沟。

本发明还包括固定框架46和移动框架47，所述固定框架46与机身主体1连接，所述移动框架47的一端与固定框架46铰接，另一端与支撑座41铰接，所述驱动组件三48铰接设置在固定框架46与支撑座41之间，形成连杆机构。该设置方式一方面能够实现布放、回收及调整两个喷冲抽吸组件的下放高度，配合可调节下放高度的两个喷冲臂34实现不同深度的海沟开设及线缆100的埋设。如图1所示，即为两个喷冲臂34及两个喷冲抽吸组件下放较深的情况，此时所开的海沟深度较深，如图2所示，即为两个喷冲臂34及两个喷冲抽吸组件下放较浅的情况，此时所开的海沟深度较浅，确保深沟和浅沟情况下对线缆100的有效及可靠埋设。另一方面相对于直接设置竖向的直线驱动机构，利用连杆机构驱动两个喷冲抽吸组件回收和下放，在回收和下放行程相同的情况下，不会占用过多的高度空间，方便机身主体1上搭载其他工具并减少工具之间的干涉。

其中，驱动组件三48具体为油缸，其缸体端与固定框架46铰接，活塞端与支撑座41铰接，驱动组件三48的数量可以为两个，布置形式如图15、图17、图19所示。

本发明还包括驱动组件四49，所述固定框架46上设置有铰接部461，固定框架46通过铰接部461与机身主体1铰接，且该铰接轴线沿支撑座41的升降方向设置，即竖向设置，所述驱动组件四49用于驱动固定框架46在机身主体1上绕铰接处转动，以实现装置整体的左摆和右摆，即如图5和图6所示状态，以适应转弯区域或呈曲线开设的海沟。驱动组件四9具体为油缸，其缸体端与固定框架6铰接，活塞端与机身主体1铰接，通过活塞端的伸缩而驱动装置整体的左摆与右摆，配合作业系统的转弯动作。

本发明还提供一种水下射流开沟铺缆作业方法，该作业方法使用了如上述的水下射流开沟铺缆作业系统，包括以下步骤：

S1、使水下射流开沟埋缆作业系统落至待开沟埋缆的海床上，并使两个喷冲臂34在海床上的投影对应位于线缆100的两侧，即在高度方向上，两个喷冲臂34与线缆100的位置不重叠，避免喷冲臂34下放及开沟作业时压坏线缆100；

S2、向下布放两个喷冲臂34，利用两个喷冲臂上的前喷嘴3411喷出射流，水下射流开沟埋缆作业系统通过水下行走装置2在海床上沿线缆100的长度方向行走，以沿线缆100的长度方向对海床进行喷冲破土开设海沟，同时尾喷嘴3413喷出背离前喷嘴3411所在方向的射流，持续液化海沟内的土壤，维持海沟的沟型和沟深，减少泥沙回填沉积和海沟两侧塌陷；

S3、向下布放喷冲抽吸装置4，使两个喷冲抽吸组件伸入海沟内，通过抽吸管路42的抽吸口423在线缆落入海沟抽吸海沟内的泥沙，并通过排放口422将泥沙排放至海沟外侧，保障海沟的沟深符合作业要求，并通过喷冲口432在海沟内朝背离两个喷冲臂34的方向喷出水平射流，持续液化海沟内的土壤，线缆100沿两个喷冲抽吸组件之间自然沉降至海沟的沟底。

其中，由于喷冲口432喷出的射流仅需满足维持沟型的作用，并不需要起到额外的破土作用，因此其所需的水压小于前喷嘴3411喷出的射流水压，即在所述S3中，喷冲口432喷出的射流水压小于前喷嘴3411喷出的射流水压。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本申请的保护范围限于这些例子；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请中一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本申请中一个或多个实施例旨在涵盖落入本申请的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请中一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水下射流开沟铺缆作业系统，其特征是，包括：

机身主体（1）；

水下行走装置（2），所述水下行走装置（2）设置在机身主体（1）下端；

喷冲破土装置（3），所述喷冲破土装置（3）包括两个喷冲臂（34），两个喷冲臂（34）位于机身主体（1）的前端，且均设置有用于喷出射流以在海床上开设海沟的前喷嘴（3411）；

喷冲抽吸装置（4），喷冲抽吸装置（4）设置在机身主体（1）的后端，所述喷冲抽吸装置（4）包括抽吸管路（42）和喷冲管二（43），所述抽吸管路（42）设置有排放口（422）和抽吸口（423），所述抽吸口（423）用于朝向海沟底部，排放口（422）的位置高于抽吸口（423）并相对于抽吸口（423）呈横向设置，所述抽吸管路（42）用于在线缆沉降至海沟底部之前通过抽吸口（423）抽吸海沟内的泥沙，并通过排放口（423）将泥沙排放至海沟外侧；

所述喷冲管二（43）位于抽吸管路（42）的后侧，喷冲管二（43）上设置有喷冲口（432），喷冲口（432）的喷冲方向朝背离抽吸管路（42）的方向水平设置，所述喷冲管二（43）用于在抽吸管路（42）抽吸海沟内的泥沙之后，通过喷冲口（432）喷出水平射流沿海沟的长度方向冲刷海沟的内侧壁及底部，维持线缆沉降至海沟底部时海沟的沟型。

2.如权利要求1所述的水下射流开沟铺缆作业系统，其特征是，所述喷冲破土装置（3）还包括布放机构一，所述布放机构一包括固定管路（31）、转动管路（32）、驱动机构一（33）及驱动机构二（36），固定管路（31）与机身主体（1）固定，所述转动管路（32）转动设置在固定管路（31）上并与固定管路（31）连通，驱动机构一（33）用于驱动转动管路（32）绕固定管路（31）上转动，两个喷冲臂（34）均转动设置在转动管路（32）上并与转动管路（32）连通，驱动机构二（36）用于驱动两个喷冲臂（34）绕转动管路（32）上转动。

3.如权利要求2所述的水下射流开沟铺缆作业系统，其特征是，所述喷冲破土装置（3）还包括驱动机构三（37），驱动机构三（37）可驱动两个喷冲臂（34）沿转动管路（32）的轴向移动，以调节两个喷冲臂（34）之间的间距。

4.如权利要求2或3所述的水下射流开沟铺缆作业系统，其特征是，所述抽吸管路（42）设置有两个，两个抽吸管路（42）沿机身主体（1）的宽度方向间隔设置，且两个抽吸管路（42）之间的间距可调，所述喷冲管二（43）设置有两个，两个喷冲管二（43）沿机身主体（1）的宽度方向间隔设置，且两个喷冲管二（43）之间的间距可调。

5.如权利要求4所述的水下射流开沟铺缆作业系统，其特征是，所述喷冲抽吸装置（4）还包括布放机构二、支撑座（41）和驱动组件一（44），布放机构二设置在机身主体（1）的后端，支撑座（41）设置在布放机构二背离机身主体（1）的一端，单个所述喷冲管二（43）与单个抽吸管路（42）固定连接，且单个喷冲管二（43）与其所固定连接的抽吸管路（42）组成一个喷冲抽吸组件，两个喷冲抽吸组件均设置在支撑座（41）上，两个喷冲抽吸组件之间间隔设置，线缆可沿两个喷冲抽吸组件之间落入海沟内；

两个所述喷冲抽吸组件中，至少一个喷冲抽吸组件滑动设置在支撑座（41）上，所述驱动组件一（44）驱动该滑动设置的喷冲抽吸组件移动，以调节两个喷冲抽吸组件之间的间距。

6.如权利要求5所述的水下射流开沟铺缆作业系统，其特征是，两个喷冲臂（34）的底部均设置有尾喷嘴（3413），所述尾喷嘴（3413）的喷冲方向呈背离前喷嘴（3411）的喷冲方向设置。

7.如权利要求5或6所述的水下射流开沟铺缆作业系统，其特征是，两个喷冲臂（34）和两个喷冲抽吸组件的布放高度可调。

8.如权利要求1-3、5、6任一项所述的水下射流开沟铺缆作业系统，其特征是，所述抽吸管路（42）一端设有进水口一（421），另一端横向设置，排放口（422）位于该横向设置的一端，抽吸管路（42）上位于进水口一（421）与排放口（422）之间设置有管径收缩段，该管径收缩段的侧面纵向延伸设置有延长管，抽吸口（423）位于该延长管上，所述抽吸管路（42）上位于排放口（422）位置处设置有端盖（424），所述端盖（424）与排放口（422）之间的开合程度可调。

9.如权利要求1-3、5、6任一项所述的水下射流开沟铺缆作业系统，其特征是，还包括前置喷冲机构（5），所述前置喷冲机构（5）设置在机身主体（1）的前端，并位于两个喷冲臂（34）前方，前置喷冲机构（5）上有前置喷嘴（51），以在两个喷冲臂（34）作业之前对海床进行吹扫和/或预开沟。

10.一种水下射流开沟铺缆作业方法，其特征是，使用了如权利要求1-9任一项所述的水下射流开沟铺缆作业系统，该作业方法包括以下步骤：

S1、使水下射流开沟埋缆作业系统落至待开沟埋缆的海床上，并使两个喷冲臂（34）在海床上的投影对应位于线缆（100）的两侧；

S2、水下射流开沟埋缆作业系统通过水下行走装置（2）在海床上沿线缆（100）的长度方向行走，通过两个喷冲臂（34）上的前喷嘴（3411）喷出射流，以沿线缆（100）的长度方向对海床进行喷冲破土开设海沟；

S3、通过抽吸管路（42）的抽吸口（423）在线缆落入海沟抽吸海沟内的泥沙，并通过排放口（423）将泥沙排放至海沟外侧，，并通过喷冲口（432）喷出水平射流沿海沟的长度方向冲刷海沟的内侧壁及底部，持续液化海沟内的土壤，维持沟型，线缆（100）自然沉降至海沟的沟底。