配合rov的海洋油船微型打捞钻孔装置及方法
【专利摘要】一种海洋船舶【技术领域】的配合ROV的海洋油船微型打捞钻孔装置及方法，该装置包括：主框架、预定位装置、精确定位装置、空心钻机、抽油阀件、液压控制阀组、电控舱及配套传感器，其中：抽油阀件通过抽油阀件卡紧机构与主框架连接，预定位装置设置于主框架的前底板的周边，精确定位装置设置于主框架的前底板上，空心钻机设置于主框架的正中，液压控制阀组和电控舱及配套传感器设置于主框架后部。本发明体积小，重量轻，可以很方便的由水下机器人搭载入水开展作业，不需要繁琐、复杂的吊装作业；可以以任意姿态附着在沉船上，非常适合沉船在海底姿态不明确的情况。
【专利说明】配合ROV的海洋油船微型打捞钻孔装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种海洋船舶【技术领域】的装置及方法，具体是一种配合ROV(Remote Operated Vehicle,水下机器人)用于海底沉船打捞的钻孔装置及方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着石油工业和海上运输业的发展特别是油船数量的快速增加，因沉船或泄露造成的海上污染时有发生。石油是高污染的化学物品，如果石油在海洋泄漏，它将对周边的环境有很大的污染，甚至会影响周围的生态环境。
[0003]现有技术一般均采用钻孔-抽油的方式打捞，首先在油轮油箱上钻孔，在孔上接一条油管，通过管子将油抽到另一条油轮上；当油轮上的油抽干后，将钻的孔再封上。这样就减轻了油轮的重量，可以较容易打捞出沉船并减少对海洋环境的污染。
[0004]经过对现有技术的检索发现，美国专利号US5775390A公开(公告)日1998.07.07,公开了一种 Apparatus for extract1n of a fluent material from acontainer (从容器中打捞液态物质的装置),该技术包括:用于定位的设备29、用于与容器壁固定的设备21、27、用于钻孔的设备15、17、用于通过该孔抽取液体的设备以及用于密封该孔的设备。但该技术的缺陷在于:
[0005]1.该装置需要母船吊放设备布放，母船在水面都会因为海浪产生升沉运动，升沉运动通过吊放的钢丝绳直接带动该设备在沉船附近做升沉运动(通常升沉运动会达到I米左右)，严重影响设备在沉船上的就位及固定，甚至造成设备与沉船碰撞损坏；
[0006]2.该装置通过母船甲板提供液压动力，当沉船深度提高则将相应增加动力传输的难度，由于沿程能量损失，当水深达到几百米级别时，基本很难通过液压管路给水下提供能源。
[0007]中国专利文献号CN1922073公开(公告)日2007.02.28，公开了一种将沉船船舱中的液体，例如油、有毒化学物或类似物质，输送到漂浮体，而不泄漏的遥控设备，以及利用该设备执行操作的方法。所述设备的水下回收装置100包括:支撑框架10，支撑框架10上面固定有包括:连接器111的多个装置；将水下回收装置100固定在沉船500上的夹具20 ；将底座80连接到支撑框架10上的抓取器30 ;将底座80连接到沉船500的DTB系统40 ;提供推力将支撑框架10连接到沉船500的推进器50 ;钻出用于回收液体的孔的开孔器60 ;以及通过沉船500上的钻孔回收液体的液体回收装置70。但该技术的缺陷在于:
[0008]1.该装置需要母船吊放设备布放，母船在水面都会因为海浪产生升沉运动，升沉运动通过吊放的钢丝绳直接带动该设备在沉船附近做升沉运动(通常升沉运动会达到I米左右)，严重影响设备在沉船上的就位及固定，甚至造成设备与沉船碰撞损坏；
[0009]2.该装置通过母船甲板提供液压动力，当沉船深度提高则将相应增加动力传输的难度，由于沿程能量损失，当水深达到几百米级别时，基本很难通过液压管路给水下提供能源。
[0010]中国专利文献号CN103920905A公开(公告)日2014.07.16，公开了一种电液动力集成封闭式水下钻孔器，该技术的进给油缸固定底座支架上，上油箱通过中间支撑筒体固定在进给油缸的上方，一级小齿轮与一级大齿轮相啮合，二级小齿轮与二级大齿轮相啮合，一级大齿轮与二级小齿轮同轴，二级大齿轮套装在花键刀杆的上部，花键刀杆依次穿过上油箱下壁、中间支撑筒体、进给油缸，钻头设置于花键刀杆的下端部，进给油缸里设置油缸活塞，油缸活塞套装在花键刀杆上，电机位于上油箱里，齿轮油泵和齿轮马达位于上油箱夕卜，电机连接齿轮油泵的输出轴，齿轮马达连接一级小齿轮所在的轴，上油箱里充有液压油，齿轮油泵的进油口连通上油箱里的液压油。该技术为封闭式一体化设备，具有体积小、操作灵活、安装方便等特点。但该技术的缺陷在于:
[0011]1.该技术需要潜水员安装到沉船上，不能作为自动的沉船开孔工具；
[0012]2.该技术的作业特点，例如蓄能器的使用决定了该技术只适合浅水作业；
[0013]3.该技术只是沉船开孔的局部很小的一个技术，并没有给出开孔后孔如何封堵及管如何连接到开孔上等，事实上该技术无法完成开孔的安全封堵和油管的无泄漏连接。
【发明内容】
[0014]本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种配合ROV的海洋油船微型打捞钻孔装置及方法。
[0015]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0016]本发明涉及一种配合ROV的海洋油船微型打捞钻孔装置，包括:主框架、预定位装置、精确定位装置、空心钻机、抽油阀件、液压控制阀组、电控舱及配套传感器，其中:抽油阀件通过抽油阀件卡紧机构与主框架连接，预定位装置设置于主框架的前底板的周边，精确定位装置设置于主框架的前底板上，空心钻机设置于主框架的正中，液压控制阀组和电控舱及配套传感器设置于主框架后部；
[0017]所述的主框架包括:前底板、后底板以及分别与之相连的中间立柱和设置于中间立柱上的加强筋板；
[0018]所述的精确定位装置包括:行程传感器、精确定位油缸、定位液压马达、轴承舱、转速传感器、滑块、导轨、主轴及定位螺钉，其中:定位液压马达与带有导轨的精确定位油缸通过滑块活动连接，轴承舱、主轴及定位螺钉依次设置于定位液压马达的末端，用于实时测量定位螺钉攻入钢板深度的行程传感器与滑块固定连接，用于测量转速的转速传感器设置于轴承舱一侧；
[0019]所述的空心钻机包括:减速步进电机、行程传感器、液压马达、丝杠螺母驱动机构、导轨、滑块、轴承舱、转速传感器、主轴、空心钻刀、储屑筒和缓冲导向组件，其中:钻机液压马达与带有导轨和减速步进电机的丝杠螺母驱动机构通过滑块活动连接，轴承舱、主轴和空心钻刀依次设置于钻机液压马达的末端，储屑筒通过若干缓冲导向组件与轴承舱相连且储屑筒位于空心钻刀外部，用于实时检测测量切削深度的行程传感器与滑块固定连接，用于实时检测空心钻刀转速的转速传感器设置于轴承舱的一侧。
[0020]所述的液压控制阀组上设有ROV连接接口，通过脐带缆与ROV相连，作业时由ROV将其布置于待开孔船壁表面，由ROV通过脐带缆提供液压能源和进行操纵。
[0021]所述的定位液压马达驱动主轴带动定位螺钉转动，精确定位油缸驱动自动螺钉下压进刀力。
[0022]所述的储屑筒为漏斗形容器，所述的空心钻刀滑动设置于储屑筒的内部且储屑筒下部开口直径大于空心钻刀开孔直径，储屑筒和空心钻刀之间设有限位机构。
[0023]所述的抽油阀件包括:底板以及设置于其上的插板阀、启闭机构和导向杆，其中:插板阀位于底板正中，启闭机构设置于插板阀的末端，导向杆设置于插板阀的两侧并与主框架活动连接。
[0024]所述的卡紧机构包括:卡紧油缸和与之相连的锁紧头，其中:当卡紧油缸推动锁紧头伸出时，锁紧头插入基盘上对应的插孔以实现连接。
[0025]本发明涉及上述装置的海洋油船打捞钻孔实现方法，包括以下步骤:
[0026]第一步、水下遥控开孔机通过抽油阀件锁紧机构与抽油阀件锁紧在一起，由ROV携带入水，达到沉船旁边后，ROV通过机械手将水下遥控开孔机放置到沉船需要开孔的表面；
[0027]第二步、预定位机构吸附在船板上，然后定位钻机在船板上钻孔、攻丝并拧紧螺栓，将抽油阀件牢固的固定在船板上；
[0028]第三步、插板阀启闭机构将插板阀打开，主钻机穿过插板阀在船板上开孔，开孔产生的铁屑由储屑筒进行收集；
[0029]第四步、当开孔完成后，主钻机带着铁屑收集装置一起回缩至插板阀后侧，闸阀启闭机构将插板阀闭合，闸阀锁紧机构松开，ROV将开孔机从闸阀上移走，完成整改作业过程。
技术效果
[0030]与现有技术相比，本发明的技术效果包括:不需要专用的吊放设备配合作业，降低了作业风险。在海洋工程领域，当母船布放两根及以上的缆绳入水时必须考虑两根缆绳是否会缠绕在一起导致不能回收。ROLS的布放中需要至少一个吊索，还要有ROLS本身需要的油管电缆等，其在工作过程中又必须由ROV配合，ROV布放需要有单独的脐带缆，因此同时从母船布放的缆绳较多，在工作中容易缠绕在一起导致事故。本技术完全是ROV的一个作业工具，可以由ROV携带入水，不再需要其他辅助的绳索等，因此作业简单，操作方便，风险也较小。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为本发明结构示意图；
[0032]图2为主框架示意图；
[0033]图3为预定位装置示意图；
[0034]图4为定位装置示意图；
[0035]图5为空心钻机示意图；
[0036]图6为卡紧机构示意图；
[0037]图7为抽油阀件示意图。
【具体实施方式】
[0038]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。 实施例1
[0039]如图1所示，本实施例包括:主框架1、预定位装置2、精确定位装置3、空心钻机4、抽油阀件5、液压控制阀组6、电控舱7及配套传感器，其中:抽油阀件通过抽油阀件卡紧机构9与主框架I连接，预定位装置2设置于主框架I的前底板101的周边，精确定位装置3设置于主框架I的前底板101上，空心钻机4设置于主框架I的正中，液压控制阀组6和电控舱7及配套传感器8设置于主框架I后部。
[0040]所述的液压控制阀组6上设有ROV连接接口 7，通过脐带缆8与ROV相连，作业时由ROV将其布置于待开孔船壁表面，由ROV通过脐带缆8提供液压能源和进行操纵。
[0041]如图2所示，所述的主框架I包括:前底板101、后底板104以及分别与之相连的中间立柱102和设置于中间立柱102上的加强筋板103，其中:前底板101和后底板104作为安装平面，便于其他部件在主框架I上的安装，加强筋板103将中间立柱102固定强化，形成稳定性较好的主框架。
[0042]所述的加强筋板103为中间镂空结构，通过该加强筋板103能够有效的降低了整机重量，同时也方便人员通过镂空孔操作加强筋板后部的空心钻机4。
[0043]如图3所示，所述的预定位装置2由至少三个可伸缩活动单元组成，该三个可伸缩活动单元具体设置于主框架I的前底板101上，每个可伸缩活动单元包括:依次连接的预定位油缸201、万向球铰202和电磁铁203，其中:预定位油缸201实现电磁铁203在轴向方向上的伸缩位移，万向球铰202实现电磁铁203的球面旋转以适应钢板不同的弯曲角度。
[0044]如图4所示，所述的精确定位装置3包括:行程传感器301、精确定位油缸302、定位液压马达303、轴承舱304、转速传感器305、滑块306、导轨307、主轴308及定位螺钉309，其中:定位液压马达303与带有导轨307的精确定位油缸302通过滑块306活动连接，轴承舱304、主轴308及定位螺钉309依次设置于定位液压马达303的末端，用于实时测量定位螺钉攻入钢板深度的行程传感器301与滑块306固定连接，用于测量转速的转速传感器305设置于轴承舱304 —侧。
[0045]所述的定位液压马达303驱动主轴308带动定位螺钉309转动，精确定位油缸302驱动定位螺钉309下压进刀力，依次完成钻孔、攻丝、拧入钢板的过程。
[0046]所述的行程传感器301采集定位螺钉攻入钢板的深度信息发送到电控舱7，操作人员即可以了解钻孔攻丝的进展情况；转速传感器305采集定位液压马达的转速发送到电控舱7，操作人员即可以了解钻孔攻丝的转速情况。
[0047]所述的精确定位装置3中的导轨307采用的是单臂导轨，结构简单易维护，最重要的是这种单臂导轨在主框架I上安装简单。
[0048]如图5所示，所述的空心钻机4包括:减速步进电机401、行程传感器402、液压马达403、丝杠螺母驱动机构404、导轨405、滑块406、轴承舱407、转速传感器408、主轴409、空心钻刀410、储屑筒411和缓冲导向组件412，其中:钻机液压马达403与带有导轨405和减速步进电机401的丝杠螺母驱动机构404通过滑块406活动连接，轴承舱407、主轴409和空心钻刀410依次设置于钻机液压马达403的末端，储屑筒411通过若干缓冲导向组件412与轴承舱407相连且储屑筒411位于空心钻刀410外部，用于实时检测测量切削深度的行程传感器402与滑块406固定连接，用于实时检测空心钻刀转速的转速传感器408设置于轴承舱407的一侧。
[0049]所述的储屑筒411为漏斗形容器，空心钻刀410从储屑筒411中间穿过，储屑筒411下部开口直径大于空心钻刀410开孔直径，并可以沿空心钻刀410滑动，储屑筒411和空心钻刀410之间设有限位机构，使得储屑筒411向下极限位置不至于过低于空心钻刀410的下端。
[0050]开孔时，空心钻刀410下伸，漏斗形储屑筒411首先与空心钻刀410 —起下伸，当空心钻刀410进入待开孔船壁后，储屑筒411下部与开孔对象表面接触，产生的碎屑由储屑筒411收集，开孔完毕时，空心钻刀410回收，当空心钻刀410回收至储屑筒411下极限位置时，储屑筒411随空心钻刀410—起回收。
[0051]所述的行程传感器402采集空心钻刀切入钢板的深度信息发送到电控舱7，操作人员即可以了解开孔的进展情况；转速传感器408采集定位液压马达的转速发送到电控舱7，操作人员即可以了解切孔的转速情况，如转速较低(低于SOrpm)，证明切孔阻力很大，电控舱7会自动控制减速步进电机401减速从而降低进刀速度使切削力变小。
[0052]如图7所示，所述的抽油阀件5包括:底板501以及设置于其上的插板阀502、启闭机构503和导向杆504,其中:插板阀502位于底板501正中，启闭机构503设置于插板阀502的末端，导向杆504设置于插板阀502的两侧并与主框架I活动连接。
[0053]如图6所示，所述的卡紧机构9采用锥形定位技术，保证抽油阀件5与开孔机本体的固定可靠，包括:卡紧油缸901和与之相连的锁紧头902，其中:卡紧油缸901推动锁紧头902伸出时，锁紧头902插入基盘上对应的插孔以实现两个部件的连接。
[0054]本装置通过以下步骤实现海洋油船打捞钻孔:
[0055]第一步、水下遥控开孔机通过抽油阀件锁紧机构与抽油阀件锁紧在一起，由ROV携带入水，达到沉船旁边后，ROV通过机械手将水下遥控开孔机放置到沉船需要开孔的表面；
[0056]第二步、预定位机构吸附在船板上，然后定位钻机在船板上钻孔、攻丝并拧紧螺栓，将抽油阀件牢固的固定在船板上；
[0057]第三步、插板阀启闭机构将插板阀打开，主钻机穿过插板阀在船板上开孔，开孔产生的铁屑由储屑筒411收集；
[0058]第四步、当开孔完成后，主钻机带着铁屑收集装置一起回缩至插板阀后侧，闸阀启闭机构将插板阀闭合，闸阀锁紧机构松开，ROV将开孔机从闸阀上移走，完成整改作业过程。
[0059]本装置部件优选为铝合金制造，并配备浮力材料，在水中基本没有重量，因此可以由ROV布放，同时由于本装置通过由ROV提供液压动力和控制信号，因此本技术可以在深度达1000米的深海作业；此外，由于本装置体积小，重量轻，可以很方便的由水下机器人搭载入水开展作业，不需要繁琐、复杂的吊装作业。由于本装置在水中几乎没有重量，因此本装置还可以以任意姿态附着在沉船上，非常适合沉船在海底姿态不明确的情况。
【权利要求】
1.一种配合ROV的海洋油船微型打捞钻孔装置，其特征在于，包括:主框架、预定位装置、精确定位装置、空心钻机、抽油阀件、液压控制阀组、电控舱及配套传感器，其中:抽油阀件通过抽油阀件卡紧机构与主框架连接，预定位装置设置于主框架的前底板的周边，精确定位装置设置于主框架的前底板上，空心钻机设置于主框架的正中，液压控制阀组和电控舱及配套传感器设置于主框架后部； 所述的主框架包括:前底板、后底板以及分别与之相连的中间立柱和设置于中间立柱上的加强筋板； 所述的精确定位装置包括:行程传感器、精确定位油缸、定位液压马达、轴承舱、转速传感器、滑块、导轨、主轴及定位螺钉，其中:定位液压马达与带有导轨的精确定位油缸通过滑块活动连接，轴承舱、主轴及定位螺钉依次设置于定位液压马达的末端，用于实时测量定位螺钉攻入钢板深度的行程传感器与滑块固定连接，用于测量转速的转速传感器设置于轴承舱一侧； 所述的空心钻机包括:减速步进电机、行程传感器、液压马达、丝杠螺母驱动机构、导轨、滑块、轴承舱、转速传感器、主轴、空心钻刀、储屑筒和缓冲导向组件，其中:钻机液压马达与带有导轨和减速步进电机的丝杠螺母驱动机构通过滑块活动连接，轴承舱、主轴和空心钻刀依次设置于钻机液压马达的末端，储屑筒通过若干缓冲导向组件与轴承舱相连且储屑筒位于空心钻刀外部，用于实时检测测量切削深度的行程传感器与滑块固定连接，用于实时检测空心钻刀转速的转速传感器设置于轴承舱的一侧。
2.根据权利要求1所述的配合R0V的海洋油船微型打捞钻孔装置，其特征是，所述的液压控制阀组上设有R0V连接接口，通过脐带缆与R0V相连，作业时由R0V将其布置于待开孔船壁表面，由R0V通过脐带缆提供液压能源和进行操纵。
3.根据权利要求1所述的配合R0V的海洋油船微型打捞钻孔装置，其特征是，所述的定位液压马达驱动主轴带动定位螺钉转动，精确定位油缸驱动自动螺钉下压进刀力。
4.根据权利要求1所述的配合R0V的海洋油船微型打捞钻孔装置，其特征是，所述的储屑筒为漏斗形容器，所述的空心钻刀滑动设置于储屑筒的内部且储屑筒下部开口直径大于空心钻刀开孔直径，储屑筒和空心钻刀之间设有限位机构。
5.根据权利要求1所述的配合R0V的海洋油船微型打捞钻孔装置，其特征是，所述的抽油阀件包括:底板以及设置于其上的插板阀、启闭机构和导向杆，其中:插板阀位于底板正中，启闭机构设置于插板阀的末端，导向杆设置于插板阀的两侧并与主框架活动连接。
6.根据权利要求1所述的配合R0V的海洋油船微型打捞钻孔装置，其特征是，所述的卡紧机构包括:卡紧油缸和与之相连的锁紧头，其中:当卡紧油缸推动锁紧头伸出时，锁紧头插入基盘上对应的插孔以实现连接。
7.一种根据上述任一权利要求所述装置的海洋油船打捞钻孔实现方法，包括以下步骤: 第一步、水下遥控开孔机通过抽油阀件锁紧机构与抽油阀件锁紧在一起，由R0V携带入水，达到沉船旁边后，R0V通过机械手将水下遥控开孔机放置到沉船需要开孔的表面； 第二步、预定位机构吸附在船板上，然后定位钻机在船板上钻孔、攻丝并拧紧螺栓，将抽油阀件牢固的固定在船板上； 第三步、插板阀启闭机构将插板阀打开，主钻机穿过插板阀在船板上开孔，开孔产生的铁屑由储屑筒进行收集； 第四步、当开孔完成后，主钻机带着铁屑收集装置一起回缩至插板阀后侧，闸阀启闭机构将插板阀闭合，闸阀锁紧机构松开，ROV将开孔机从闸阀上移走，完成整改作业过程。
【文档编号】B23B41/00GK104354843SQ201410559011
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月20日 优先权日:2014年10月20日
【发明者】葛彤, 庄广胶, 王旭阳, 赵敏 申请人:上海交通大学