适用于深水潜器的水下节点固定布放方法与流程

1.本发明涉及水下节点固定布放领域，特别是一种适用于深水潜器的水下节点固定布放方法。


背景技术：

2.随着深海监测网的建设进度不断推进，各种水下观测节点技术快速发展，但基于水下观测节点的布放回收技术还相对滞后。目前，多数小型节点仍采供自身重量及装置与海床的摩擦力进行固定，节点装置在长周期观测过程中容易受水流及海底环境影响发生移位，极大影响观测精度。
3.目前已经存在一系列基于深水潜器的水下节点布放装置，但多是用于批量方式布放海底地震接收仪(ocean bottom seismometer，简称obn)等节点装置，不具备节点的固定能力。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种基于深水潜器的水下节点固定布放方法，其通过钻孔锚定的方式，将节点牢固地固定在海底，实现了一次下潜完成精准钻孔、节点的固定及布放工作。
5.本发明的技术方案是：一种适用于深水潜器的水下节点固定布放方法，其中，包括以下步骤，
6.s1.深水潜器搭载水下节点固定布放装置入水，并布放在指定位置，完成第三级框架的定位；
7.所述水下节点固定布放装置包括第一级框架、第二级框架和第三级框架，第一级框架设置在第二级框架内，第二级框架的底部与第三级框架对接，第一级框架的顶部与深水潜器对接，第一级框架的顶端设有与深水潜器连接的第一级框架连接件，第一级框架的一端设有节点布放机构，第一级框架的另一端设有钻机机构；
8.第三级框架的中部固定有锚钉导向槽，锚钉导向槽上设有两个对称的锚钉口，第三级框架的中部还设有两个对称设置的节点固定销钉口，节点固定销固定设置在节点固定销钉口内；
9.所述节点布放机构包括节点、释放液压缸、释放回收锁头，节点的顶部通过释放回收锁头与释放液压缸连接，节点的底部固定连接有节点转接底座，此时节点的顶部被限定在释放回收锁头内，节点转接底座上设有两个对称的连接孔和对称的插管，连接孔与第三级框架上的节点固定销钉口之间对应设置，插管与第三级框架上的锚钉口对应设置；
10.钻机机构包括钻机、钻机水平液压缸和锚钉，钻机呈竖直方向设置，钻机位于锚钉口的正上方，钻机向下运动，并穿过锚钉口下行完成第一孔位的钻孔后，钻机水平液压缸推动钻机固定板沿水平方向移动，当第一锚钉移动至第一孔位上方时，锚钉在重力作用下落入第一钻孔内，钻机水平液压缸带动钻机继续运动，第二锚钉继续随钻机固定板在锚钉导
向槽内滑动，当钻机运动时第二锚钉口的上方时，钻机穿过第二锚钉口并完成第二孔位的钻孔，钻机固定板带动第二锚钉继续移动，直至第二锚钉落至第二钻孔内，此时第三级框架由两个锚钉定位；
11.s2.深水潜器携带第一级框架的掉头，并完成第一级框架和第二级框架之间的再次对接，使节点布放机构位于第三级框架的正上方；
12.s3.节点的固定、以及释放回收锁头的回收；
13.释放液压缸动作，释放液压缸通过释放回收锁头压动节点和节点底部的节点转接底座向下运动，节点转接底座上的连接孔对准第三级框架上的节点固定销钉口，并插入节点固定销钉口的节点固定销钉内，节点转接底座上的插管对准第三级框架上的锚钉口并插入锚钉的空腔内；
14.释放回收锁头的开锁环驱动液压缸动作，推动开锁环向下运动，开锁环对弹簧锁片的外端施加向下的压力，锁片的外侧被开锁环向下压动，弹簧锁片呈倾斜状态，锁片的内端倾斜，且其内端的倾斜面与蘑菇头的环形外侧倾斜面对应，此时弹簧锁片失去单向锁止功能，蘑菇头通过弹簧锁片并在锁头壳体的中心孔内任意上下运动，释放液压缸带动释放回收锁头向上运动，使释放回收锁头与节点脱离，实现释放回收锁头的回收；
15.s4.节点的布放和维护；
16.s5.节点的回收。
17.本发明中，释放回收锁头包括锁头壳体、开锁环、开锁环驱动液压缸和弹簧锁片，锁头壳体的顶部表面与释放液压缸固定连接，锁头壳体的中部设有通孔，对应的节点顶部固定有蘑菇头，蘑菇头的外表面呈环形的倾斜状，蘑菇头滑动设置在锁头壳体的中心通孔内，锁头壳体的环形外侧滑动设置开锁环，开锁环与数个开锁环驱动液压缸连接，锁头壳体的环形壳体上沿其圆周环向间隔设置数个条形孔，条形孔内设有弹簧锁片，当弹簧锁片处于水平状态时，数个弹簧锁片的外端所形成的外径小于开锁环的内径，且开锁环位于弹簧锁片的上方，数个弹簧锁片的内端所形成的内径小于蘑菇头底部的外径；
18.节点转接底座包括转接板，转接板上设有四个角点，其中的两个对称设置的角点处设有连接孔，连接孔与第三级框架上的节点固定销钉口之间对应设置，转接板的另外两个对称设置的角点的底部固定有插管，插管与第三级框架上的锚钉口对应设置；
19.钻机固定在钻机固定板的一侧表面，对应的钻机固定板的另一侧表面与钻机水平液压缸连接，钻机固定板的下部通过锚钉固定板与锚钉连接，锚钉固定板的一端与钻机固定板固定连接，锚钉固定板的另一端固定有两个锚钉套，锚钉的上端滑动套在锚钉套内，锚钉的下端滑动设置在第三级框架的锚钉导向槽内。
20.所述节点固定销包括内螺纹套筒和固定底座，固定底座固定设置在第三级框架的节点固定销钉口内，内螺纹套筒位于固定底座的上方，且内螺纹套筒与固定底座的上部之间通过螺纹方式固定连接，内螺纹套筒的上部沿其环向间隔设置数个长条形槽，每个长条形槽内均设有沿竖直方向的弹簧锁销，弹簧锁销与长条形槽的侧壁之间通过弹簧连接，初始状态下，弹簧锁销位于内螺纹套筒的外壁的外侧。
21.所述锚钉包括锚钉外壳和固定在锚钉外壳下方的齿状钉壁，锚钉外壳内设有空腔，齿状钉壁包括数块轴向的齿状钉板，齿状钉板沿锚钉外壳底部的环向间隔设置，相邻的齿状钉板之间存在间隙，数块齿状钉板围成了环形的空腔，锚钉外壳内由上至下依次设有
活塞、胶囊和涨开球，活塞的外壁与锚钉外壳的内壁之间设有密封圈，胶囊内盛装有胶液，锚钉外壳与齿状钉壁连接处的内表面设有定位口，涨开球的外径小于定位口的内径。
22.步骤s2中，通过深水潜器将第一级框架从第二级框架内推出，使第一级框架和第二级框架完全脱离，通过深水潜器使第一级框架掉头，将第一级框架上设置节点布放机构的一端朝向第二级框架，深水潜器携带第一级框架再次推入第二级框架内，使第一级框架和第二级框架之间再次对接，此时节点布放机构位于第三级框架的正上方。
23.步骤s3中，释放液压缸动作，通过释放回收锁头压动节点和节点底部的节点转接底座向下运动，连接孔的内壁对弹簧锁销产生向内的推力，弹簧锁销被压缩至内螺纹套筒的长条形槽内，弹簧锁销与长条形槽之间的弹簧被压缩，节点转接底座继续向下运动，当连接孔离开弹簧锁销后，弹簧锁销在弹簧的弹力作用下自动复位，实现节点转接底座和第三级框架之间的连接，在弹簧锁销的阻挡作用下，节点连接底座无法向上运动并与脱离节点固定销。
24.步骤s3中，插管从上方插入锚钉外壳的腔体内，活塞下压过程中挤碎胶囊，胶囊内的胶液流出，活塞外壁处的密封圈防止胶液外漏，活塞继续下压，将胶液和涨开球继续向下推动，当涨开球下行至定位口处时，定位口将涨开球卡住，同时涨开球对定位口产生向外的张力，使齿状钉壁向外涨开，同时胶液沿齿状钉壁向下流动，当胶体凝结后，将锚钉固定在钻孔中，从而将第三级框架固定在海底。
25.所述第三级框架上设有外部液压接口、外部电源及通讯接口、无线通讯感应区和无线充电感应区。
26.步骤s4中，使用深水潜器的机械手连接第三级框架上的外部液压接口和外部电源及通讯接口，第二级框架和第三级框架之间相互解锁，深水潜器携带第一级框架和第二级框架向上运动，完成第二级框架和第三级框架之间的脱离；
27.当需要对节点进行维护时，通过深水潜器携带第一级框架和第二级框架，使第二级框架与第三级框架之间相互对接，然后连接外部液压接口和外部电源及通讯接口，对节点进行维护和数据拷贝。
28.步骤s5中，对节点进行回收时，通过深水潜器携带第一级框架和第二级框架坐底在第三级框架的旁边，使用深水潜器机械手将节点固定销上部的内螺纹套筒旋转拆除，然后深水潜器带动第一级框架和第二级框架，使第二级框架与第三级框架对接，操作释放回收锁头，将节点顶部的蘑菇头再次与释放回收锁头锁定连接，将第三级框架抛弃，实现节点的回收。
29.本发明的有益效果是：
30.(1)该方法通过深水潜器进行水下二次对接，实现了一次下潜完成钻孔、固定和节点布放三项工作；
31.(2)该方法通过钻孔锚定的方式解决了水下岩石或者海山区域观测节点固定布设的问题，能够将节点稳固的固定在海底区域。
附图说明
32.图1是本发明与深水潜器的连接结构示意图；
33.图2是本发明的结构示意图；
34.图3是第一级框架的结构示意图；
35.图4是第二级框架的结构示意图；
36.图5是第三级框架的结构示意图；
37.图6是节点布放机构的结构示意图；
38.图7是释放回收锁头的结构示意图；
39.图8是弹簧锁片的结构示意图；
40.图9是节点限位板与节点连接处的结构示意图；
41.图10是节点转接底座的结构示意图；
42.图11是钻机机构的第一种结构示意图；
43.图12是钻机机构的第二种结构示意图；
44.图13是锚钉的结构示意图；
45.图14是锚钉的剖视结构示意图；
46.图15是节点固定销的结构示意图；
47.图16是钻机位于锚钉口正上方时的结构示意图；
48.图17是第一锚钉落至第一钻孔内的结构示意图；
49.图18是第一级框架与第二级框架完全脱离时的结构示意图
50.图19是第一级框架与第二级框架再次对接前的结构示意图；
51.图20是第一级框架与第二级框架再次对接后的结构示意图；
52.图21是节点转接底座与第三级框架对接前的结构示意图
53.图22是节点与第三级框架固定连接的结构示意图。
54.图中：1深水潜器；2水下节点固定布放装置；3第二级框架；4第一级框架；5第一级框架连接件；6第一级框架与第二级框架连接口；7第三级框架；8第二级框架与第三级框架连接口；9钻机机构；10节点；11对接导轨面；13锁销液压缸；14释放液压缸；15节点转接底座；16节点限位板；17锚钉；18钻机导轨；19对接导轨前端；20对接导轨后端；21第三级框架对接板；22外部液压接口；23外部电源及通讯接口；24锚钉口；25对接导向板；26锚钉导向槽；27无线充电感应区；28无线通讯感应区；29节点固定销钉口；30释放回收锁头；31开锁环驱动液压缸；32开锁环；33弹簧锁片；34蘑菇头；35限位挡块；36锁片；37固定轴；38弹簧；39限位凹槽；40限位凸起；41连接孔；42插管；43转接板；44钻机水平液压缸；45钻机固定板；47钻机；48导向块；49锚钉固定板；50锚钉外壳；51齿状钉壁；52活塞；53胶囊；54涨开球；55弹簧锁销；56内螺纹套筒；57固定底座；58锁头壳体。
具体实施方式
55.为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
56.在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
57.本发明所述的适用于深水潜器的水下节点固定布放方法包括以下步骤。
58.第一步，深水潜器1搭载水下节点固定布放装置2入水，并布放在合适的位置，完成
第三级框架的定位。
59.如图1所示，水下节点固定布放装置2与深水潜器1的底部连接，如图2至图15所示，水下节点固定布放装置2包括第一级框架4、第二级框架3和第三级框架7，第一级框架4设置在第二级框架3内，第二级框架3的底部与第三级框架7对接，第一级框架4的顶部与深水潜器1对接，第一级框架4的顶端设有第一级框架连接件6，第一级框架连接板6通过锁销或者螺栓与深水潜器1连接。第一级框架6的一端设有节点布放机构，第一级框架6的另一端设有钻机机构9。
60.如图2和图3所示，第二级框架3和第一级框架4上均设有数个第一级框架与第二级框架连接接口6，接口内设有锁销液压缸13，通过锁销液压缸13实现第二级框架3和第一级框架4之间的固定连接。第一级框架4上部的外表面设有对接导轨面11，对应的在第二级框架3上部的内表面设有对接导轨，对接导轨面11和对接导轨的倾斜角度之间呈对应设置，从而实现了第一级框架4和第二级框架3之间的稳定对接。第一级框架4用于分别与深水潜器1、第二级框架3对接，同时装载钻机机构和节点布放机构。
61.如图4所示，第二级框架3的顶部设有与第一级框架对接的对接导轨，对接导轨前端19呈开口状，对接导轨后端20设有限位挡板，因此第一级框架4可以通过对接导管前端19的开口处插入第二级框架3内，同时在对接导轨后端20的限位作用下，将第一级框架4限位固定在第二级框架3内。第二级框架3的底部的前端和后端分别设有第三级框架对接板21，第三级框架通过第三级框架对接板21与第二级框架3连接。第二级框架3用于分别与第一级框架4、第三级框架7对接，并为钻机机构和节点布放机构提供工作空间。
62.第三级框架用于与第二级框架3对接，同时作为节点的工作平台，与节点一同固定放置在海底。如图2和5所示，第二级框架3和第三级框架7上分别设置第二级框架与第三级框架连接口8，第二级框架与第三级框架连接口8内设有锁销液压缸，通过锁销液压缸实现第二级框架3和第三级框架7之间的固定连接。第三级框架上设有外部液压接口22和外部电源及通讯接口23，工作时通过潜器机械手使用潜器专用的湿插拔插接件连接，通过深水潜器为第三级框架上的液压设备及电子设备提供能源支持。第三级框架的中部固定有锚钉导向槽26，锚钉导向槽26上设有两个对称的锚钉口24，锚钉移动过程中沿着锚钉导向槽26移动，通过锚钉导向槽26实现了锚钉移动过程中的导向。钻机机构中的钻机通过该锚钉口时，实现了钻机打孔；钻机机构中的锚钉通过该锚钉口时，该锚钉口实现了锚钉的释放以及释放过程中的导向。第三级框架上还设有节点固定销钉口29、无线通讯感应区28和无线充电感应区27，节点固定销固定设置在节点固定销钉口29内。当节点固定销依次穿过第三级框架上的节点固定销钉口29和节点时，即可实现第三级框架和节点之间的固定连接。无线通讯感应区28和无线充电感应区27分别通过水密线缆与外部电源及通讯接口23连接，通过无线感应的方式建立与节点之间的供电及通讯连接。
63.如图6至图10所示，节点布放机构包括节点10、释放液压缸14、释放回收锁头30，节点10的顶部通过释放回收锁头30与释放液压缸14连接。释放液压缸14的底部与释放回收锁头30的顶部固定连接：释放液压缸14的缸体通过支撑架与第一级框架固定连接，释放液压缸14的活塞杆通过连接法兰与释放回收锁头30固定连接。节点10的底部固定连接有节点转接底座15。
64.释放回收锁头30包括锁头壳体58、开锁环32、开锁环驱动液压缸31和弹簧锁片33，
锁头壳体58的顶部表面与释放液压缸14固定连接，锁头壳体58的中部设有通孔，对应的节点10顶部固定有蘑菇头34，蘑菇头34呈圆台状，蘑菇头34的外表面呈环形的倾斜状，且蘑菇头34上端的尺寸小于蘑菇头34下端的尺寸。蘑菇头34滑动设置在锁头壳体58的中心通孔内。锁头壳体58的环形外侧滑动设置开锁环32，开锁环32与数个开锁环驱动液压缸31连接。开锁环驱动液压缸31的缸体与锁头壳体58的外表面固定连接，开锁环驱动液压缸31的活塞杆与开锁环32固定连接，开锁环驱动液压缸31带动开锁环32沿锁头壳体58的外侧表面上下滑动。
65.锁头壳体58的环形壳体上沿其圆周环向间隔设置数个条形孔，条形孔内设有弹簧锁片33，当开锁环32没有与弹簧锁片33接触时，弹簧锁片33始终处于水平状态。当弹簧锁片33处于水平状态时，数个弹簧锁片33的外端所形成的外径小于开锁环32的内径，且开锁环32位于弹簧锁片33的上方，因此当开锁环32下降至与弹簧锁片33接触，弹簧锁片33被压动并倾斜转动。数个弹簧锁片33的内端所形成的内径小于蘑菇头34底部的外径，因此弹簧锁片33对蘑菇头34起到了限位作用，当蘑菇头34运动至与弹簧锁片33接触时，水平方向的弹簧锁片33对蘑菇头34起到了阻挡作用，使蘑菇头34无法继续下降，此时蘑菇头34此时只能在弹簧锁片33上方的中心孔内运动，此时节点处于未释放状态，保证了节点10与释放回收锁头30之间的连接。
66.弹簧锁片33包括锁片36、限位挡块35、弹簧38和固定轴37，固定轴37水平固定在条形孔内，锁片36的截面呈倒三角形，锁片36可转动的套在固定轴37上，锁片36与条形孔的孔壁之间连接有弹簧38，弹簧38缠绕在固定轴37的外侧。锁片36的上方设有两个水平的限位挡块35，限位挡块35分别与条形孔的两侧侧壁固定连接，通过限位挡块35对锁片36起到了限位作用，使锁片36始终处于保持水平状态。此时蘑菇头34只能在锁片36上方的中心孔内往复移动，实现了节点的锁定功能。
67.第一框架的下部设置节点限位板16，节点限位板16的一端与第一框架固定连接，节点限位板16的另一端朝向节点的一侧设有限位凹槽39，对应的在节点10的外表面固定有限位凸起40，限位凸起40滑动设置在限位凸起39内，通过限位凸起40和限位凹槽39之间的配合，保证了节点释放过程中的就位精度。
68.节点转接底座包括转接板43，转接板43上设有四个角点，其中的两个对称设置的角点处设有连接孔41，连接孔41与第三级框架上的节点固定销钉口29之间对应设置，连接孔41位于节点固定销钉口29的正上方，当节点固定销穿过节点转接底座的连接孔41时，实现节点转接底座与第三级框架之间的固定连接。转接板43的另外两个对称设置的角点的底部固定有插管42，插管42与第三级框架上的锚钉口对应设置。
69.如图11和图12所示，钻机机构包括钻机47、钻机水平液压缸44和锚钉17，其中钻机47呈竖直方向设置，钻机47固定在钻机固定板45的一侧表面，对应的钻机固定板45的另一侧表面与钻机水平液压缸44连接。钻机水平液压缸44的缸体与第一级框架固定连接，钻机水平液压缸44的活塞杆与钻机固定板45连接。钻机固定板45与钻机水平液压缸44连接的侧面上设有数个导向块48，对应的在第一级框架上设有水平方向的钻机导轨18，导向块48滑动设置在钻机导轨18内，钻机水平液压缸44动作过程中，带动钻机固定板45沿钻机导轨18做水平方向的往复移动，从而实现钻机47的水平移动。钻机固定板45的下部通过锚钉固定板49与锚钉连接。锚钉固定板49的一端与钻机固定板固定连接，锚钉固定板49的另一端固
定有两个锚钉套，锚钉套内分别设有锚钉17。锚钉17的上端滑动套在锚钉套内，锚钉17的下端设置在第三级框架的锚钉导向槽26内，当锚钉17位于锚钉导向槽27内时，锚钉导向槽27的底壁对锚钉17起到了阻挡和导向作用，使锚钉17的上部始终位于锚钉套内，锚钉17的下部始终位于锚钉导向槽27内，且沿锚钉导向槽27滑动。
70.如图13和图14所示，锚钉包括上方的锚钉外壳50和固定在锚钉外壳50下方的齿状钉壁51，锚钉外壳50内设有空腔，齿状钉壁51包括数块轴向的齿状钉板，多个齿状钉板沿锚钉外壳50底部的环向间隔设置，相邻的齿状钉板之间存在间隙，数块齿状钉板也围成了环形的空腔。锚钉外壳50内由上至下依次设有活塞52、胶囊53和涨开球54，活塞52的外壁与锚钉外壳的内壁之间设有密封圈，密封圈可以起到密封作用。胶囊53内盛装有胶液，胶液可以采用钻井水泥或者树脂胶。锚钉外壳50与齿状钉壁连接处的内表面设有定位口，涨开球54的外径小于定位口的内径。
71.如图15所示，节点固定销包括内螺纹套筒56和固定底座57，固定底座57固定设置在第三级框架的节点固定销钉口29内，内螺纹套筒56位于固定底座57的上方，且内螺纹套筒56与固定底座57的上部之间通过螺纹方式固定连接。内螺纹套筒56的上部沿其环向间隔设置数个弹簧锁销55。本实施例中，内螺纹套筒56的上部沿其环向间隔设置数个长条形槽，每个长条形槽内均设有沿竖直方向的弹簧锁销55，弹簧锁销55与长条形槽的侧壁之间通过弹簧连接。初始状态下，弹簧锁销55呈伸出状态，即弹簧锁销55位于内螺纹套筒56的外壁的外侧。
72.如图16所示，此时钻机47位于锚钉口24的正上方，钻机47在竖直液压缸的驱动下向下运动，并穿过锚钉口24下行完成第一孔位的钻孔，完成第一孔位的钻孔后，钻机水平液压缸44推动钻机固定板45沿水平方向移动，钻机固定板45带动锚钉17向右移动，当第一锚钉移动至第一孔位上方时，锚钉17失去了锚钉导向槽底壁的承托作用，锚钉17在重力作用下落入第一钻孔内，如图17所示。
73.钻机水平液压缸44带动钻机47继续向右运动，由于第一钻孔被第一锚钉填充，第二锚钉继续随钻机固定板在锚钉导向槽26内滑动。当钻机47运动时第二锚钉口的上方时，钻机47在竖直液压缸的驱动下穿过第二锚钉口并完成第二孔位的钻孔，钻机固定板45带动第二锚钉继续移动，直至第二锚钉落至第二钻孔内，此时第三级框架7已由两个锚钉定位。
74.第二步，第一级框架的掉头。
75.操作连接第一级框架4和第二级框架3的锁销液压缸13，使第一级框架4和第二级框架3之间相互脱离，通过深水潜器1将第一级框架4从第二级框架3内推出，使第一级框架4和第二级框架3完全脱离，如图19所示。通过深水潜器1使第一级框架4掉头，将第一级框架4上设置节点布放机构的一端朝向第二级框架3，如图19所示。
76.通过深水潜器1，携带第一级框架4再次推入第二级框架3内，使第一级框架4和第二级框架3之间再次对接，操作锁销液压缸13，使第一级框架4和第二级框架3之间重新锁定，此时节点布放机构位于第三级框架7的正上方，如图20所示。
77.第三步，节点的固定、以及释放回收锁头的回收。
78.释放液压缸14动作，其活塞杆下行，活塞杆向下运动的过程中，通过释放回收锁头30压动节点10和节点10底部的节点转接底座15向下运动，节点转接底座15上的连接孔41对准第三级框架上的节点固定销钉口29，节点转接底座15上的插管42对准第三级框架上的锚
钉口24，如图21所示。
79.当节点10被压动至与第三级框架7紧密接触时，连接孔41穿过节点固定销钉口29内的节点固定销，通过节点固定销实现节点10和第三级框架7之间的固定连接。节点转接底座向下运动过程中，连接孔41的内壁对弹簧锁销55产生向内的推力，弹簧锁销55被压缩至内螺纹套筒56的长条形槽内，此时弹簧锁销55与长条形槽之间的弹簧被压缩，从而使节点转接底座可以继续向下运动，当连接孔41离开弹簧锁销55后，弹簧锁销55在弹簧的弹力作用下自动复位，此时实现了节点转接底座和第三级框架之间的连接。由于弹簧锁销55的截面形状呈三角形，在弹簧锁销55的阻挡作用下，节点连接底座无法向上运动并与脱离节点固定销，从而将节点固定在第三级框架上，防止节点脱离第三级框架。
80.同时，插管42插从上方插入锚钉外壳50的腔体内，活塞52下压过程中挤碎胶囊53，胶囊内的胶液流出，活塞52外壁处的密封圈防止胶液外漏，活塞52继续下压，将胶液和涨开球54继续向下推动，当涨开球54下行至定位口处时，定位口将涨开球54卡住，同时涨开球54对定位口产生向外的张力，使齿状钉壁51向外涨开，同时胶液沿齿状钉壁51向下流动，当胶体凝结后，即可将锚钉固定在钻孔中，从而将第三级框架5固定在海底。
81.然后，释放回收锁头30的开锁环驱动液压缸31动作，推动开锁环32向下运动，开锁环32对弹簧锁片33的外端施加向下的压力，锁片36的外侧被开锁环32向下压动，弹簧锁片33呈倾斜状态，锁片36的内端倾斜，且其内端的倾斜面与蘑菇头34的环形外侧倾斜面对应，此时弹簧锁片33失去了单向锁止功能，蘑菇头34就可以通过弹簧锁片33并在锁头壳体58的中心孔内任意上下运动。释放液压缸14带动释放回收锁头30向上运动，使释放回收锁头30与节点10脱离，实现了释放回收锁头30的回收，如图22所示。
82.第四步，节点的布放和维护。
83.使用深水潜器的机械手连接第三级框架7上的外部液压接口22和外部电源及通讯接口23，调试节点10的功能。通过外部液压接口22控制连接第二级框架和第三级框架的锁销液压缸，使第二级框架3和第三级框架7之间相互解锁，深水潜器1携带第一级框架4和第二级框架3向上运动，完成第二级框架3和第三级框架7之间的脱离。
84.当需要对节点10进行维护时，通过深水潜器1携带第一级框架4和第二级框架3，使第二级框架3与第三级框架7之间相互对接，然后连接外部液压接口22和外部电源及通讯接口23，对节点10进行维护和数据拷贝。
85.第五步，节点的回收。
86.对节点10进行回收时，通过深水潜器1携带第一级框架4和第二级框架3坐底在第三级框架7的旁边，使用深水潜器1机械手将节点固定销上部的内螺纹套筒旋转拆除，然后深水潜器1带动第一级框架和第二级框架，使第一、二级框架与第三级框架对接，操作释放回收锁头30，将节点顶部的蘑菇头34再次与释放回收锁头30锁定连接，实现节点10的回收，并将第三级框架7抛弃。
87.以上对本发明所提供的适用于深水潜器的水下节点固定布放方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技
术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种适用于深水潜器的水下节点固定布放方法，其特征在于，包括以下步骤，s1.深水潜器搭载水下节点固定布放装置入水，并布放在指定位置，完成第三级框架的定位；所述水下节点固定布放装置包括第一级框架、第二级框架和第三级框架，第一级框架设置在第二级框架内，第二级框架的底部与第三级框架对接，第一级框架的顶部与深水潜器对接，第一级框架的顶端设有与深水潜器连接的第一级框架连接件，第一级框架的一端设有节点布放机构，第一级框架的另一端设有钻机机构；第三级框架的中部固定有锚钉导向槽，锚钉导向槽上设有两个对称的锚钉口，第三级框架的中部还设有两个对称设置的节点固定销钉口，节点固定销固定设置在节点固定销钉口内；所述节点布放机构包括节点、释放液压缸、释放回收锁头，节点的底部固定连接有节点转接底座，节点的顶部通过释放回收锁头与释放液压缸连接，此时节点的顶部被限定在释放回收锁头内，节点转接底座上设有两个对称的连接孔和对称的插管，连接孔与第三级框架上的节点固定销钉口之间对应设置，插管与第三级框架上的锚钉口对应设置；钻机机构包括钻机、钻机水平液压缸和锚钉，钻机呈竖直方向设置，钻机位于锚钉口的正上方，钻机向下运动，并穿过锚钉口下行完成第一孔位的钻孔后，钻机水平液压缸推动钻机固定板沿水平方向移动，当第一锚钉移动至第一孔位上方时，锚钉在重力作用下落入第一钻孔内，钻机水平液压缸带动钻机继续运动，第二锚钉继续随钻机固定板在锚钉导向槽内滑动，当钻机运动时第二锚钉口的上方时，钻机穿过第二锚钉口并完成第二孔位的钻孔，钻机固定板带动第二锚钉继续移动，直至第二锚钉落至第二钻孔内，此时第三级框架由两个锚钉定位；s2.深水潜器携带第一级框架的掉头，并完成第一级框架和第二级框架之间的再次对接，使节点布放机构位于第三级框架的正上方；s3.节点的固定、以及释放回收锁头的回收；释放液压缸动作，释放液压缸通过释放回收锁头压动节点和节点底部的节点转接底座向下运动，节点转接底座上的连接孔对准第三级框架上的节点固定销钉口，并插入节点固定销钉口的节点固定销钉内，节点转接底座上的插管对准第三级框架上的锚钉口并插入锚钉的空腔内；释放回收锁头的开锁环驱动液压缸动作，推动开锁环向下运动，开锁环对弹簧锁片的外端施加向下的压力，锁片的外侧被开锁环向下压动，弹簧锁片呈倾斜状态，锁片的内端倾斜，且其内端的倾斜面与蘑菇头的环形外侧倾斜面对应，此时弹簧锁片失去单向锁止功能，蘑菇头通过弹簧锁片并在锁头壳体的中心孔内任意上下运动，释放液压缸带动释放回收锁头向上运动，使释放回收锁头与节点脱离，实现释放回收锁头的回收；s4.节点的布放和维护；s5.节点的回收。2.根据权利要求1所述的适用于深水潜器的水下节点固定布放方法，其特征在于，所述释放回收锁头包括锁头壳体、开锁环、开锁环驱动液压缸和弹簧锁片，锁头壳体的顶部表面与释放液压缸固定连接，锁头壳体的中部设有通孔，蘑菇头的外表面呈环形的倾斜状，蘑菇头滑动设置在锁头壳体的中心通孔内，锁头壳体的环形外侧滑动设置开锁环，开
锁环与数个开锁环驱动液压缸连接，锁头壳体的环形壳体上沿其圆周环向间隔设置数个条形孔，条形孔内设有弹簧锁片，当弹簧锁片处于水平状态时，数个弹簧锁片的外端所形成的外径小于开锁环的内径，开锁环位于弹簧锁片的上方，数个弹簧锁片的内端所形成的内径小于蘑菇头底部的外径；所述钻机固定在钻机固定板的一侧表面，对应的钻机固定板的另一侧表面与钻机水平液压缸连接，钻机固定板的下部通过锚钉固定板与锚钉连接，锚钉固定板的一端与钻机固定板固定连接，锚钉固定板的另一端固定有两个锚钉套，锚钉的上端滑动套在锚钉套内，锚钉的下端滑动设置在第三级框架的锚钉导向槽内；所述节点转接底座包括转接板，转接板上设有四个角点，其中的两个对称设置的角点处设有连接孔，连接孔与第三级框架上的节点固定销钉口之间对应设置，转接板的另外两个对称设置的角点的底部固定有插管，插管与第三级框架上的锚钉口对应设置。3.根据权利要求1所述的适用于深水潜器的水下节点固定布放方法，其特征在于，所述锚钉包括锚钉外壳和固定在锚钉外壳下方的齿状钉壁，锚钉外壳内设有空腔，齿状钉壁包括数块轴向的齿状钉板，齿状钉板沿锚钉外壳底部的环向间隔设置，相邻的齿状钉板之间存在间隙，数块齿状钉板围成了环形的空腔，锚钉外壳内由上至下依次设有活塞、胶囊和涨开球，活塞的外壁与锚钉外壳的内壁之间设有密封圈，胶囊内盛装有胶液，锚钉外壳与齿状钉壁连接处的内表面设有定位口，涨开球的外径小于定位口的内径。4.根据权利要求1所述的适用于深水潜器的水下节点固定布放方法，其特征在于，所述节点固定销包括内螺纹套筒和固定底座，固定底座固定设置在第三级框架的节点固定销钉口内，内螺纹套筒位于固定底座的上方，且内螺纹套筒与固定底座的上部之间通过螺纹方式固定连接，内螺纹套筒的上部沿其环向间隔设置数个长条形槽，每个长条形槽内均设有沿竖直方向的弹簧锁销，弹簧锁销与长条形槽的侧壁之间通过弹簧连接，初始状态下，弹簧锁销位于内螺纹套筒的外壁的外侧。5.根据权利要求1所述的适用于深水潜器的水下节点固定布放方法，其特征在于，步骤s2中，通过深水潜器将第一级框架从第二级框架内推出，使第一级框架和第二级框架完全脱离，通过深水潜器使第一级框架掉头，将第一级框架上设置节点布放机构的一端朝向第二级框架，深水潜器携带第一级框架再次推入第二级框架内，使第一级框架和第二级框架之间再次对接，此时节点布放机构位于第三级框架的正上方。6.根据权利要求4所述的适用于深水潜器的水下节点固定布放方法，其特征在于，步骤s3中，释放液压缸动作，通过释放回收锁头压动节点和节点底部的节点转接底座向下运动，连接孔的内壁对弹簧锁销产生向内的推力，弹簧锁销被压缩至内螺纹套筒的长条形槽内，弹簧锁销与长条形槽之间的弹簧被压缩，节点转接底座继续向下运动，当连接孔离开弹簧锁销后，弹簧锁销在弹簧的弹力作用下自动复位，实现节点转接底座和第三级框架之间的连接，在弹簧锁销的阻挡作用下，节点连接底座无法向上运动并与脱离节点固定销。7.根据权利要求3所述的适用于深水潜器的水下节点固定布放方法，其特征在于，步骤s3中，插管从上方插入锚钉外壳的腔体内，活塞下压过程中挤碎胶囊，胶囊内的胶液流出，活塞外壁处的密封圈防止胶液外漏，活塞继续下压，将胶液和涨开球继续向下推动，当涨开球下行至定位口处时，定位口将涨开球卡住，同时涨开球对定位口产生向外的张力，使齿状钉壁向外涨开，同时胶液沿齿状钉壁向下流动，当胶体凝结后，将锚钉固定在钻孔中，从而
将第三级框架固定在海底。8.根据权利要求1所述的适用于深水潜器的水下节点固定布放方法，其特征在于，所述第三级框架上设有外部液压接口、外部电源及通讯接口、无线通讯感应区和无线充电感应区。9.根据权利要求8所述的适用于深水潜器的水下节点固定布放方法，其特征在于，步骤s4中，使用深水潜器的机械手连接第三级框架上的外部液压接口和外部电源及通讯接口，第二级框架和第三级框架之间相互解锁，深水潜器携带第一级框架和第二级框架向上运动，完成第二级框架和第三级框架之间的脱离；当需要对节点进行维护时，通过深水潜器携带第一级框架和第二级框架，使第二级框架与第三级框架之间相互对接，然后连接外部液压接口和外部电源及通讯接口，对节点进行维护和数据拷贝。10.根据权利要求1所述的适用于深水潜器的水下节点固定布放方法，其特征在于，步骤s5中，对节点进行回收时，通过深水潜器携带第一级框架和第二级框架坐底在第三级框架的旁边，使用深水潜器机械手将节点固定销上部的内螺纹套筒旋转拆除，然后深水潜器带动第一级框架和第二级框架，使第二级框架与第三级框架对接，操作释放回收锁头，将节点顶部的蘑菇头再次与释放回收锁头锁定连接，将第三级框架抛弃，实现节点的回收。

技术总结
本发明涉及水下节点固定布放领域，特别是一种适用于深水潜器的水下节点固定布放方法，包括步骤：S1.深水潜器搭载水下节点固定布放装置入水，并布放在指定位置，完成第三级框架的定位；S2.深水潜器携带第一级框架的掉头，并完成第一级框架和第二级框架之间的再次对接，使节点布放机构位于第三级框架的正上方；S3.节点的固定、以及释放回收锁头的回收；S4.节点的布放和维护；S5.节点的回收。其通过钻孔锚定的方式，将节点牢固地固定在海底，实现了一次下潜完成精准钻孔、节点的固定及布放工作。节点的固定及布放工作。节点的固定及布放工作。


技术研发人员：刘慧敏 周吉祥 陆凯 杨源 杜凯
受保护的技术使用者：青岛海洋地质研究所
技术研发日：2023.01.18
技术公布日：2023/5/4