基于深海环境压力的水下剪切器及剪切方法与流程

1.本发明涉及深海作业工具技术领域，尤其是一种基于深海环境压力的水下剪切器及剪切方法。


背景技术：

2.水下剪切器是水下维护、救援、破除等作业任务的重要作业工具，随着水下作业任务复杂程度的提高，作业方式逐渐向无人化、远程操控、延时作业、高效无动力等趋势发展。
3.现有技术中的水下剪切装置主要为液压动力驱动，通过配置液压动力源及控制阀以驱动剪切油缸进行现场剪切作业。此方式结构和系统复杂，体积重量大，效率低，无法实现延时作业和远程遥控作业。


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，提供一种基于深海环境压力的水下剪切器及剪切方法，从而可以方便的完成深海作业环境下的剪切作业工作，结构简单，工作效率高，工作可靠性好。
5.本发明所采用的技术方案如下：
6.一种基于深海环境压力的水下剪切器，包括缸底，所述缸底的一端通过紧固件安装耐压罐体，所述缸底的一端中间位置通过密封垫安装可控油口开关元件，所述可控油口开关元件下方的缸底的端面固定有水声信号接收模块，所述水声信号接收模块通过电缆连接水声信号接收天线，水声信号接收天线通过水密插头穿过耐压罐体至于海水环境中；所述缸底内部设置有互相垂直的轴向过流孔和径向过流孔，所述缸底的另一端设置有槽口，开有槽口的缸底处配合安装有缸体，所述槽口与缸体之间形成一号通道(l1)，缸体上开有与径向过流孔连通的油液过流孔，形成二号通道(l2)，所述缸体内部通过密封装置配合安装有活塞，所述活塞的端部安装有导向套，导向套同时与缸体配合固定，所述导向套内部滑动连接动刀，导向套上还插入有定刀，被切对象位于动刀和定刀之间，活塞带动动刀朝向定刀的方向运动，实现剪切；所述缸体、活塞、导向套、缸底和耐压罐体均位于同一轴线位置。
7.作为上述技术方案的进一步改进：
8.可控油口开关元件采用电爆堵头或无泄漏电磁阀。
9.所述活塞呈“t”字型结构。
10.所述活塞和导向套上均设置有密封圈，活塞与缸底之间形成无杆腔v0，活塞与导向套之间形成有杆腔v1，有杆腔v1和外界海水环境隔离；耐压罐体与缸底之间形成耐压罐腔v2。
11.所述导向套的一端设置有法兰，所述法兰与缸体连接，所述导向套的另一端开有横向的u形孔，u形孔的内侧开有对称的导向槽，所述动刀沿着导向槽滑动，u形孔的两侧分别开有销轴孔，所述销轴孔内插入定刀，u形孔的两侧沿着轴向方向均设置有弹簧柱销，分别为一号弹簧柱销和二号弹簧柱销。
12.所述销轴孔内侧切有一内平面。
13.所述一号弹簧柱销和二号弹簧柱销与定刀配合。
14.所述定刀呈圆柱体结构，所述定刀的外表面设置有缺口，所述定刀的外表面还设置有平面；所述缺口与一号弹簧柱销和二号弹簧柱销对应。
15.所述耐压罐体呈空心薄壁结构。
16.一种基于深海环境压力的水下剪切器的剪切方法，包括如下操作步骤：
17.初始状态时：
18.海水通过缸底的通道l1进入无杆腔v0，深海环境压力作用于活塞的端部，使活塞有伸出运动趋势；
19.有杆腔v1充满液压油，耐压罐腔v2被电爆堵头隔离，有杆腔v1端油液无法泄压，无杆腔v0和有杆腔v1两端压力平衡，活塞处于相对静止状态；
20.当剪切作业时：
21.远程信号发射装置向剪切器发射启动信号，水声信号接收模块接收到信号后控制电爆堵头引爆，电爆堵头引爆后从缺口处断裂，密封垫片随堵头一起脱落，密封失效；
22.有杆腔v1的油液过流孔向耐压罐泄压，外界海水沿通道l1进入无杆腔v0，并推动活塞和动刀朝定刀方向运动，实现剪切功能。
23.本发明的有益效果如下：
24.本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过缸体、活塞、导向套、定刀与动刀等部件之间的互相配合工作，可以方便的完成在深海环境压力下的剪切工作，其动作灵敏，工作可靠性好。
25.同时，本发明还具备如下优点：
26.1)本发明通过控制有杆腔与耐压腔的通断，利用深海环境压力推动活塞运动实现剪切作业，结构简单，无需动力源。
27.2)深度越大剪切力越大，特别适合大潜深环境。
28.3)剪切力特性平稳，剪切过程中剪切力保持不变。
29.4)有缸腔采用充油设计，静态时，剪切器缸体内外压平衡，对活塞密封和杆端密封要求较低，密封可靠性高。
30.5)内外压平衡结构，剪切作业时，缸底与缸体、缸体与导向套连接部位不受剪切时产生的拉力，无需高强度连接，结构小巧紧凑。
31.6)爆炸堵头密封结构，无电磁阀泄漏风险，持久保压，可靠不误切。
32.7)设置水声信号接收模块，可远程遥控。
33.8)水声信号接收模块内置于耐压罐内，结构紧凑。
34.9)动刀双弹簧柱销定位，便于锁紧操作和防止动刀掉落。
附图说明
35.图1为本发明的结构示意图。
36.图2为本发明的结构示意图(初始状态)。
37.图3为本发明的结构示意图(引爆剪切状态)。
38.图4为本发明导向套的结构示意图。
39.图5为本发明导向套与定刀打开状态下的结构示意图。
40.图6为本发明导向套与定刀关闭状态下的结构示意图。
41.图7为本发明定刀的结构示意图。
42.其中：1、缸体；2、活塞；3、导向套；4、动刀；5、定刀；6、缸底；7、耐压罐体；8、电爆堵头；9、水声信号接收模块；10、油液过流孔；11、被切对象；
43.31、导向槽；33、销轴孔；
44.321、一号弹簧柱销；322、二号弹簧柱销；
45.51、缺口；52、平面；
46.61、轴向过流孔；62、径向过流孔；
47.81、密封垫；
48.91、水声信号接收天线；
49.v0、无杆腔；v1、有杆腔；v2、耐压罐腔；
50.l1、一号通道；l2、二号通道。
具体实施方式
51.下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
52.如图1-图7所示，本实施例的基于深海环境压力的水下剪切器，包括缸底6，缸底6的一端通过紧固件安装耐压罐体7，缸底6的一端中间位置通过密封垫81安装可控油口开关元件，可控油口开关元件下方的缸底6的端面固定有水声信号接收模块9，水声信号接收模块9通过电缆连接水声信号接收天线91，水声信号接收天线91通过水密插头穿过耐压罐体7至于海水环境中；缸底6内部设置有互相垂直的轴向过流孔61和径向过流孔62，缸底6的另一端设置有槽口，开有槽口的缸底6处配合安装有缸体1，槽口与缸体1之间形成一号通道l1，缸体1上开有与径向过流孔62连通的油液过流孔10，形成二号通道l2，缸体1内部通过密封装置配合安装有活塞2，活塞2的端部安装有导向套3，导向套3同时与缸体1配合固定，导向套3内部滑动连接动刀4，导向套3上还插入有定刀5，被切对象11位于动刀4和定刀5之间，活塞2带动动刀4朝向定刀5的方向运动，实现剪切；缸体1、活塞2、导向套3、缸底6和耐压罐体7均位于同一轴线位置。
53.可控油口开关元件采用电爆堵头8或无泄漏电磁阀。
54.活塞2呈“t”字型结构。
55.活塞2和导向套3上均设置有密封圈，活塞2与缸底6之间形成无杆腔v0，活塞2与导向套3之间形成有杆腔v1，有杆腔v1和外界海水环境隔离；耐压罐体7与缸底6之间形成耐压罐腔v2。
56.导向套3的一端设置有法兰，法兰与缸体1连接，导向套3的另一端开有横向的u形孔，u形孔的内侧开有对称的导向槽31，动刀4沿着导向槽31滑动，u形孔的两侧分别开有销轴孔33，销轴孔33内插入定刀5，u形孔的两侧沿着轴向方向均设置有弹簧柱销，分别为一号弹簧柱销321和二号弹簧柱销322。
57.销轴孔33内侧切有一内平面。
58.一号弹簧柱销321和二号弹簧柱销322与定刀5配合。
59.定刀5呈圆柱体结构，定刀5的外表面设置有缺口51，定刀5的外表面还设置有平面
52；缺口51与一号弹簧柱销321和二号弹簧柱销322对应。
60.耐压罐体7呈空心薄壁结构。
61.本实施例的基于深海环境压力的水下剪切器的剪切方法，包括如下操作步骤：
62.初始状态时：
63.海水通过缸底1的通道l1进入无杆腔v0，深海环境压力作用于活塞2的端部，使活塞2有伸出运动趋势；
64.有杆腔v1充满液压油，耐压罐腔v2被电爆堵头8隔离，有杆腔v1端油液无法泄压，无杆腔v0和有杆腔v1两端压力平衡，活塞2处于相对静止状态；
65.当剪切作业时：
66.远程信号发射装置向剪切器发射启动信号，水声信号接收模块9接收到信号后控制电爆堵头8引爆，电爆堵头8引爆后从缺口处断裂，密封垫片81随堵头一起脱落，密封失效；
67.有杆腔v1的油液过流孔10向耐压罐7泄压，外界海水沿通道l1进入无杆腔v0，并推动活塞2和动刀4朝定刀5方向运动，实现剪切功能。
68.本发明的具体结构和功能如下：
69.主要包括缸体1、活塞2、导向套3、缸底6、耐压罐体7，动刀4、定刀5、电爆堵头8、水声信号接收模块9。
70.其中缸体1、活塞2、导向套3、缸底6、耐压罐体7沿轴线装于一体，形成无杆腔v0、有杆腔v1和耐压罐腔v2。
71.活塞2上和导向套3上均设置密封圈，分别将无杆腔v0和有杆腔v1、有杆腔v1和外界海水环境隔离。
72.动刀4安装于活塞2的杆端，导向套3内孔侧面设置了导向槽31，动刀4可在该导向槽31内随着活塞2的运动轴向运动。
73.导向套3上设置了非圆形的销轴孔33，定刀5安装于该销轴孔33内。
74.导向套3端部沿轴向设置了两个弹簧柱销，定刀5上设置了一个缺口51。
75.在定刀5打开状态时，该缺口51卡入弹簧柱销，防止定刀5脱落或自动关闭，在需要关闭定刀5时，通过外力推动定刀5克服弹簧柱销作用力，将定刀5推入销轴孔33的另外一端并卡入弹簧柱销，定刀5关闭，防止在剪切作业时定刀5脱落。
76.缸底6与缸体1连接面处在缸底6侧设置了一个槽口，该槽口与缸体1形成过流通道l1，无杆腔v0通过该一号通道l1与外界海水连通。
77.缸体1在其内外壁之间设置了一个油液过流孔10，缸底6设置了径向过流孔62和轴向过流孔61，该系列孔形成了一个过流通道l2，有杆腔v1可通过该通道与耐压罐腔连通。
78.在缸底6靠耐压罐端沿轴线设置了电爆堵头8和密封垫片81，电爆堵头8压紧密封垫片81将耐压罐腔v2与有杆腔v1的连接通道l2断开隔离。电爆堵头8的引爆器通过电缆连接耐压罐内的水声信号接收模块9，信号接收天线91通过水密插头穿过耐压罐体置于海水环境。
79.有缸腔v1内充满液压油，耐压罐腔v2内为常压空气，耐压罐内有效容积大于有杆腔容积。
80.本发明的工作原理为：
81.初始状态时，海水通过缸底6通道l1进入无杆腔v0，深海环境压力作用于活塞2的端部，使活塞2有伸出运动趋势。有杆腔v1充满液压油，且其与耐压罐腔v2的通道l2被电爆堵头8隔离，有杆腔v1端油液无法泄压，无杆腔v0和有杆腔v1两端压力平衡，活塞2处于相对静止状态。当剪切作业时，远程信号发射装置向剪切器发射启动信号，水声信号接收模块9接收到信号后控制电爆堵头8引爆，电爆堵头8引爆后从缺口处断裂，密封垫片81随堵头一起脱落，密封失效，有杆腔v1的油液过流孔10向耐压罐泄压，外界海水沿通道l1进入无杆腔v0，并推动活塞2和动刀4朝定刀5方向运动，实现剪切功能。
82.本发明剪切方便，工作可靠性好，安全系数高。
83.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。