深海远程夹紧剪切器及使用方法与流程

1.本发明涉及水下剪切作业工具技术领域，尤其是一种深海远程夹紧剪切器及使用方法。


背景技术：

2.海洋覆盖地球约有70.8％的表面，蕴含着丰富的生物、矿产、化学和动力资源。深海资源开发得到越来越多的关注，人类对海洋开发作业越来越频繁，auv无缆水下机器人、rov遥控无人潜水器、uuv无人潜航器等等开发设备也越来种类繁多，但是海上气候变化复杂，对这些设备作业带来困难。
3.在水下作业中，常有一些工况：开始水下作业时，需要用钢缆对设备进行固定，防止水下海流影响作业；在水下作业完成后，对设备进行回收，需要对钢缆进行破坏。这时候就需要作业设备潜水器水下作业两次，碰到恶劣海况时，潜水器作业成功率低，而且时间长，特别是一些恶劣海况对水面平台带来安全威胁时，就只能放弃水下设备，造成重大财产损失。特别是一些复杂的海况，对作业rov的工作要求极高，导致作业时间长，成功率低。


技术实现要素：

4.本技术人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的深海远程夹紧剪切器及使用方法，采用远程控制的方式，在水下实现夹紧、剪切破坏，受海况影响小；能够长时间置于水下，不易泄漏。
5.本发明所采用的技术方案如下：
6.一种深海远程夹紧剪切器，包括缸筒、安装在缸筒一端的耐压后盖，耐压后盖与缸筒端面之间围成密闭区域，
7.所述缸筒内设有嵌套式活塞杆，嵌套式活塞杆将缸筒分隔为无杆腔和有杆腔；无杆腔与外界海水环境连通，有杆腔的初始状态为满油状态；所述耐压后盖围成的密闭区域中设有电爆装置，电爆装置与有杆腔连接，
8.所述缸筒背离耐压后盖的端面处设置挂钩，所述嵌套式活塞杆的端部连接有刀片，刀片的运动路径指向挂钩围出的区域。
9.作为上述技术方案的进一步改进：
10.所述嵌套式活塞杆包括：
11.第一活塞杆，位于缸筒内，第一活塞杆将缸筒分隔为无杆腔和有杆腔；
12.第二活塞杆，滑移嵌套在第一活塞杆的轴线位置，与第一活塞杆之间相对运动，刀片位于第二活塞杆的端部。
13.所述第一活塞杆端部设有夹紧支架，夹紧支架与挂钩之间预留出加持间隙，
14.夹紧支架本体上预留有刀片的活动间隙，刀片的初始位置缩在活动间隙内。
15.所述有杆腔被嵌套式活塞杆分为外腔和内腔；外腔、内腔的初始状态均为满油状态，外腔、内腔各对应一处电爆装置。
16.所述缸筒侧壁设有进水口，进水口与无杆腔连通；嵌套式活塞杆往复运动过程中，实现进水口、无杆腔之间的连通或隔断。
17.缸筒上设有水声信号接收器，水声信号接收器与电爆装置相连。
18.所述电爆装置包括：
19.电爆腔体，内置电爆活塞，电爆活塞将电爆腔体被分隔为两个独立的腔室，
20.电爆管，位于电报腔体其中一个腔室内，该腔室内充斥气体；
21.弹簧，套设在电爆活塞的杆体部分上；
22.密封片，位于电爆活塞背离电爆管一侧，电爆活塞滑移运动过程中刺穿密封片。
23.所述电爆腔体端部设有密封接头，密封接头内设通孔，密封片位于通孔中；电爆活塞的杆体部分在通孔中运动。
24.一种利用深海远程夹紧剪切器的使用方法，具备两种工作模式，包括水下作业锁紧阶段和作业结束切割过程。
25.作为上述技术方案的进一步改进：
26.包括如下步骤：
27.水下作业锁紧阶段：
28.有杆腔的外腔、内腔处于满油状态，潜水器将剪切器携带至深海作业区，并将剪切器的挂钩挂在水下钢缆上；此时嵌套式活塞杆处于回缩状态；
29.潜水器发出信号，水声信号接收器接受信号，控制其中一个电爆装置工作，炸开外腔，使外腔与耐压后盖处的密闭区域连通，外腔的油液流至耐压后盖中，外腔内压下降；
30.当外腔内压降至低于外界海水压时，外界海水自进水口流入，推动第一活塞杆向挂钩一侧移动，第一活塞杆顶部的夹紧支架与挂钩卡紧钢缆，实现限位；
31.作业结束切割过程：
32.向水声信号接收器发出信号，水声信号接收器接收信号后，控制另一电爆装置爆炸，使内腔与耐压后盖连通，内腔的油液流出，降为常压；无杆腔中与外界连通的海水对第二活塞杆施压，推动第二活塞杆向钢缆伸出，第二活塞杆上的刀片将钢缆切断。
33.本发明的有益效果如下：
34.本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过采用远程控制嵌套式活塞杆的工作状态，将嵌套式活塞杆的运动过程分段，分别用于卡紧钢缆和切断钢缆，都处于水下工作状态，受海况影响小，剪切作业均在挂钩挂于钢缆上的前提下进行，作业可靠性高；
35.本发明中，推动第一活塞杆、第二活塞杆的动力来自深海环境压力，不需要外接动力源，整体结构简单，成本低，自重轻；
36.本发明中，利用深海环境压力夹紧钢缆，夹紧力稳定，不受作业环境影响；理论上只要处于深海水下，那么施加给活塞杆的压力就是恒定不变的，能够保持长时间不松懈的可靠工作状态；
37.本发明中采用电爆装置触发有杆腔内油液的流通，电爆装置在耐压后盖的稳定环境内，能够长时间置于水下待命，泄漏可能性极低。
附图说明
38.图1为本发明的整体结构示意图，图中处于挂在钢缆上的状态。
39.图2为图1的a部放大图用于体现进水口的位置。
40.图3为本发明的整体结构示意图，图中处于锁紧钢缆的状态。
41.图4为本发明图1对应的右视图。
42.图5为本发明中电爆管的结构示意图。
43.其中：1、缸筒；2、耐压后盖；3、嵌套式活塞杆；4、电爆装置；5、挂钩；
44.6、进水口；7、水声信号接收器；8、待切割钢缆；
45.101、无杆腔；102、有杆腔；103、外腔；104、内腔；
46.301、第一活塞杆；302、第二活塞杆；303、夹紧支架；304、刀片；
47.401、电爆腔体；402、电爆管；403、弹簧；404、密封片；405、密封接头；406、电爆活塞。
具体实施方式
48.下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
49.如图1-图5所示，本实施例的深海远程夹紧剪切器，包括缸筒1、安装在缸筒1一端的耐压后盖2，耐压后盖2与缸筒1端面之间围成密闭区域，
50.缸筒1内设有嵌套式活塞杆3，嵌套式活塞杆3将缸筒1分隔为无杆腔101和有杆腔102；无杆腔101与外界海水环境连通，有杆腔102的初始状态为满油状态；耐压后盖2围成的密闭区域中设有电爆装置4，电爆装置4与有杆腔102连接，
51.缸筒1背离耐压后盖2的端面处设置挂钩5，嵌套式活塞杆3的端部连接有刀片304，刀片304的运动路径指向挂钩5围出的区域。
52.嵌套式活塞杆3包括：
53.第一活塞杆301，位于缸筒1内，第一活塞杆301将缸筒1分隔为无杆腔101和有杆腔102；
54.第二活塞杆302，滑移嵌套在第一活塞杆301的轴线位置，与第一活塞杆301之间相对运动，刀片304位于第二活塞杆302的端部。
55.第一活塞杆301端部设有夹紧支架303，夹紧支架303与挂钩5之间预留出加持间隙，
56.夹紧支架303本体上预留有刀片304的活动间隙，刀片304的初始位置缩在活动间隙内。
57.有杆腔102被嵌套式活塞杆3分为外腔103和内腔104；外腔103、内腔104的初始状态均为满油状态，外腔103、内腔104各对应一处电爆装置4。
58.缸筒1侧壁设有进水口6，进水口6与无杆腔101连通；嵌套式活塞杆3往复运动过程中，实现进水口6、无杆腔101之间的连通或隔断。
59.缸筒1上设有水声信号接收器7，水声信号接收器7与电爆装置4相连。
60.电爆装置4包括：
61.电爆腔体401，内置电爆活塞406，电爆活塞406将电爆腔体401被分隔为两个独立的腔室，
62.电爆管402，位于电报腔体其中一个腔室内，该腔室内充斥气体；
63.弹簧403，套设在电爆活塞406的杆体部分上；
64.密封片404，位于电爆活塞406背离电爆管402一侧，电爆活塞406滑移运动过程中刺穿密封片404。
65.电爆腔体401端部设有密封接头405，密封接头405内设通孔，密封片404位于通孔中；电爆活塞406的杆体部分在通孔中运动。
66.本实施例的利用深海远程夹紧剪切器的使用方法，具备两种工作模式，包括水下作业锁紧阶段和作业结束切割过程。
67.包括如下步骤：
68.水下作业锁紧阶段：
69.有杆腔102的外腔103、内腔104处于满油状态，潜水器将剪切器携带至深海作业区，并将剪切器的挂钩5挂在水下钢缆上；此时嵌套式活塞杆3处于回缩状态；
70.潜水器发出信号，水声信号接收器接受信号，控制其中一个电爆装置4工作，炸开外腔103，使外腔103与耐压后盖2处的密闭区域连通，外腔103的油液流至耐压后盖2中，外腔103内压下降；
71.当外腔103内压降至低于外界海水压时，外界海水自进水口6流入，推动第一活塞杆301向挂钩5一侧移动，第一活塞杆301顶部的夹紧支架303与挂钩5卡紧钢缆，实现限位；
72.作业结束切割过程：
73.向水声信号接收器7发出信号，水声信号接收器7接收信号后，控制另一电爆装置4爆炸，使内腔104与耐压后盖2连通，内腔104的油液流出，降为常压；无杆腔101中与外界连通的海水对第二活塞杆302施压，推动第二活塞杆302向钢缆伸出，第二活塞杆302上的刀片304将钢缆切断。
74.本发明的具体结构及工作过程如下：
75.如图1-图2所示，为本发明的剪切器挂在待切割钢缆上的状态。剪切器包括缸筒1，缸筒1内设置嵌套式活塞杆3，嵌套式活塞杆3从缸筒1端部往复伸出时，有伸出夹紧支架303、伸出刀片304两种工作状态。
76.在缸筒1伸出嵌套式活塞杆3的一端安装有挂钩5，当夹紧支架303或刀片304伸出时，都指向挂钩5的弯折部，用于卡紧待切割钢缆，或切断待切割钢缆。
77.为了控制嵌套式活塞杆3的第一活塞杆301、第二活塞杆302的分级运动，在缸筒1背离挂钩5的一端上安装耐压后盖2，耐压后盖2与缸筒1之间形成可靠的密闭空间，此密闭空间内安装两个电爆装置4，分别与嵌套式活塞杆3将有杆腔102分成的两个腔室相连。电爆装置4爆炸后，能将对应腔室与耐压后盖2连通，降低该腔室的内部压力。
78.控制电爆装置4的结构采用水声信号接收器，水声信号接收器能接收水上设备发出的信号，并传递给电爆装置4，控制电爆装置4爆炸。
79.电爆装置4的结构如图5所示，包括电爆腔体401，电爆腔体401内设置电爆活塞406，电爆活塞406将电爆腔体401分为两个部分，其中一个部分安装电爆管402，另一腔体的端面有密封接头405，密封接头405中间位置设有容纳电爆活塞406运动的通孔。通孔中设置密封片404。密封片404厚度较小，电爆活塞406的杆体端部为尖端；当电爆管402爆炸时，发生气体，电爆管402所在腔室的气压增大，推动电爆活塞406向图中右边运动，电爆活塞406戳破密封片404，使密封片404两端的腔室连通。
80.使用时，初始状态的剪切器中，嵌套式活塞杆3如图1所示，有杆腔102的外腔103、
内腔104均为满油状态，被潜水器带到水下，将挂钩5挂在待切割钢缆上。此时进水口6被第一活塞杆301塞住，外界海水不会进入缸筒1。
81.需要夹紧待切割钢缆时，与外腔103相连的电爆装置4爆炸，外腔103内的油液流向耐压后盖2，此时外腔103的压力小于外界海水压力，外界海水压力推动第一活塞杆301朝向挂钩5一侧运动，第一活塞杆301带动夹紧支架303伸出，将待切割钢缆顶紧在挂钩5上。其状态如图3所示。
82.工作完成后，另一电爆装置4爆炸，使内腔104与耐压后盖2连通，此时，无杆腔101内已经与外界海水连通，外界海水压力作用在第二活塞杆302上，推动第二活塞杆302朝向待切割钢缆运动，将待切割钢缆切断。
83.本发明中，嵌套式活塞杆3的设计，使剪切器除了剪切这一功能外，还具有夹持功能。由于两个电爆装置4都被安装在耐压后盖2中，能够长期保持稳定，因此，夹持工作时间、切割工作时间都能够控制，适用于各种时长的水下作业。在剪切器待命的过程中，其稳定性高、安全性高，能够适用于各类工况。
84.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。

技术特征：
1.一种深海远程夹紧剪切器，其特征在于：包括缸筒(1)、安装在缸筒(1)一端的耐压后盖(2)，耐压后盖(2)与缸筒(1)端面之间围成密闭区域，所述缸筒(1)内设有嵌套式活塞杆(3)，嵌套式活塞杆(3)将缸筒(1)分隔为无杆腔(101)和有杆腔(102)；无杆腔(101)与外界海水环境连通，有杆腔(102)的初始状态为满油状态；所述耐压后盖(2)围成的密闭区域中设有电爆装置(4)，电爆装置(4)与有杆腔(102)连接，所述缸筒(1)背离耐压后盖(2)的端面处设置挂钩(5)，所述嵌套式活塞杆(3)的端部连接有刀片(304)，刀片(304)的运动路径指向挂钩(5)围出的区域。2.如权利要求1所述的深海远程夹紧剪切器，其特征在于：所述嵌套式活塞杆(3)包括：第一活塞杆(301)，位于缸筒(1)内，第一活塞杆(301)将缸筒(1)分隔为无杆腔(101)和有杆腔(102)；第二活塞杆(302)，滑移嵌套在第一活塞杆(301)的轴线位置，与第一活塞杆(301)之间相对运动，刀片(304)位于第二活塞杆(302)的端部。3.如权利要求2所述的深海远程夹紧剪切器，其特征在于：所述第一活塞杆(301)端部设有夹紧支架(303)，夹紧支架(303)与挂钩(5)之间预留出加持间隙，夹紧支架(303)本体上预留有刀片(304)的活动间隙，刀片(304)的初始位置缩在活动间隙内。4.如权利要求2所述的深海远程夹紧剪切器，其特征在于：所述有杆腔(102)被嵌套式活塞杆(3)分为外腔(103)和内腔(104)；外腔(103)、内腔(104)的初始状态均为满油状态，外腔(103)、内腔(104)各对应一处电爆装置(4)。5.如权利要求1所述的深海远程夹紧剪切器，其特征在于：所述缸筒(1)侧壁设有进水口(6)，进水口(6)与无杆腔(101)连通；嵌套式活塞杆(3)往复运动过程中，实现进水口(6)、无杆腔(101)之间的连通或隔断。6.如权利要求1所述的深海远程夹紧剪切器，其特征在于：缸筒(1)上设有水声信号接收器(7)，水声信号接收器(7)与电爆装置(4)相连。7.如权利要求6所述的深海远程夹紧剪切器，其特征在于：所述电爆装置(4)包括：电爆腔体(401)，内置电爆活塞(406)，电爆活塞(406)将电爆腔体(401)被分隔为两个独立的腔室，电爆管(402)，位于电报腔体其中一个腔室内，该腔室内充斥气体；弹簧(403)，套设在电爆活塞(406)的杆体部分上；密封片(404)，位于电爆活塞(406)背离电爆管(402)一侧，电爆活塞(406)滑移运动过程中刺穿密封片(404)。8.如权利要求7所述的深海远程夹紧剪切器，其特征在于，所述电爆腔体(401)端部设有密封接头(405)，密封接头(405)内设通孔，密封片(404)位于通孔中；电爆活塞(406)的杆体部分在通孔中运动。9.一种利用权利要求1所述的深海远程夹紧剪切器的使用方法，其特征在于，具备两种工作模式，包括水下作业锁紧阶段和作业结束切割过程。10.如权利要求9所述的深海远程夹紧剪切器的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：水下作业锁紧阶段：
有杆腔(102)的外腔(103)、内腔(104)处于满油状态，潜水器将剪切器携带至深海作业区，并将剪切器的挂钩(5)挂在水下钢缆上；此时嵌套式活塞杆(3)处于回缩状态；潜水器发出信号，水声信号接收器接受信号，控制其中一个电爆装置(4)工作，炸开外腔(103)，使外腔(103)与耐压后盖(2)处的密闭区域连通，外腔(103)的油液流至耐压后盖(2)中，外腔(103)内压下降；当外腔(103)内压降至低于外界海水压时，外界海水自进水口(6)流入，推动第一活塞杆(301)向挂钩(5)一侧移动，第一活塞杆(301)顶部的夹紧支架(303)与挂钩(5)卡紧钢缆，实现限位；作业结束切割过程：向水声信号接收器(7)发出信号，水声信号接收器(7)接收信号后，控制另一电爆装置(4)爆炸，使内腔(104)与耐压后盖(2)连通，内腔(104)的油液流出，降为常压；无杆腔(101)中与外界连通的海水对第二活塞杆(302)施压，推动第二活塞杆(302)向钢缆伸出，第二活塞杆(302)上的刀片(304)将钢缆切断。

技术总结
本发明涉及一种深海远程夹紧剪切器及使用方法，包括缸筒、耐压后盖，耐压后盖与缸筒端面之间围成密闭区域，所述缸筒内设有嵌套式活塞杆，嵌套式活塞杆将缸筒分隔为无杆腔和有杆腔；无杆腔与外界海水环境连通，有杆腔的初始状态为满油状态；所述耐压后盖围成的密闭区域中设有电爆装置，电爆装置与有杆腔连接，所述缸筒背离耐压后盖的端面处设置挂钩，所述嵌套式活塞杆的端部连接有刀片，刀片的运动路径指向挂钩围出的区域。本发明通过采用远程控制嵌套式活塞杆的工作状态，将嵌套式活塞杆的运动过程分段，分别用于卡紧钢缆和切断钢缆，都处于水下工作状态，受海况影响小，剪切作业均在挂钩挂于钢缆上的前提下进行，作业可靠性高。作业可靠性高。作业可靠性高。


技术研发人员：胡浩龙 龙雷 张万良 许可
受保护的技术使用者：中国船舶科学研究中心
技术研发日：2022.11.01
技术公布日：2023/4/5