一种深海无动力自主掩埋的坐底装置及操作方法与流程

本发明涉及深海作业装置，尤其是一种深海无动力自主掩埋的坐底装置及操作方法。

背景技术：

1、在深海施工作业中，需要将作业装置布置于海底。由于海底地质不同，避免局部陷底，装置主体需要由插入海底的坐底支杆支撑，并具有一定的高度。在作业完毕后，较长的装置支杆目标特征显著，易于被发现破坏隐蔽性。因此，需要对作业装置进行清除。由于装置布置于深海海底，现有技术中只能采用深海潜器进行抵近回收或者就地掩埋。采用深潜器对大范围多个装置节点的清除作业，既不经济，也容易暴露作业地点。因此，需要坐底装置能在任务完成后自动进行掩埋。此外，为了实现批量布置组网，该装置需要适应任何海域深度，并且结构简单和成本低廉。为了在长期坐底过程中，节约能源和提高可靠性，该装置不能配备昂贵的深海耐压的能源和驱动机构。综合以上需求，暂未见到相关解决方案，亟需一种深海无动力自主掩埋的坐底装置及操作方法。

技术实现思路

1、本技术人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种深海无动力自主掩埋的坐底装置及操作方法，从而以螺旋桨吸收海流力作为动力输入，通过桨叶的自适应性变形，维持螺旋桨反复升降，结合活塞、单向阀和支杆内流道的设计，实现对支杆底部海底淤泥的间歇抽吸作业，促使节点支杆的逐步插入海底，直至完全掩埋。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一种深海无动力自主掩埋的坐底装置，包括坐底杆，坐底杆的内部设置与坐底杆自身同轴的圆柱流道，并在坐底杆的底部穿通，顶部封闭；位于坐底杆上方四周设置有四个轴对称的水平流道，水平流道与圆柱流道连通；坐底杆的外部安装有限位凸台组件，限位凸台组件分为上限位凸台和下限位凸台，上限位凸台和下限位凸台上下间隔相对布置，圆柱流道内部安装有活塞组件，位于上限位凸台和下限位凸台之间的坐底杆上配合安装有滑动组件，滑动组件的外部安装有转动组件。

4、其进一步技术方案在于：

5、所述坐底杆为细长杆，坐底杆的底部设置有半椭球形凸头。

6、所述坐底杆采用铝制合金材料制成。

7、所述活塞组件的结构为：包括活塞盘，活塞盘的中间带有单向阀，活塞盘配合安装在圆柱流道内部，并采用铁基材料，与滑动组件吸引。

8、所述上限位凸台和下限位凸台的结构相同。

9、所述下限位凸台包括下凸台和下限位盘，下限位凸台与坐底杆同轴安装，并固定在坐底杆上，下凸台为半椭球体，下凸台底部与下限位盘固连。

10、滑动组件的结构为：包括支撑环、急动盘和滑动轴套，支撑环为圆柱薄壳结构，支撑环与坐底杆同轴设置，支撑环带有四个弧状限位孔，弧状限位孔关于支撑环轴线中心对称，滑动轴套为内部带有滚珠的圆环结构，套在坐底杆上，与坐底杆同轴设置，滑动轴套可以上下滑动，滑动轴套带有强磁铁，对活塞组件具有足够的磁吸力，实现同步上下移动；急动盘为可变形圆环薄壳结构，中间固连在滑动轴套上，四周固连在支撑环内壁。

11、转动组件的结构为：包括转动轴、扭力弹簧、桨叶和限位杆，转动轴连接在支撑环中部，与支撑环轴线垂直，并可以转动，转动轴另一侧固连在桨叶中部；扭力弹簧一端连接在支撑环上，扭力弹簧另一端固连在桨叶上，扭力弹簧带有初始扭力，无急动盘阻碍限位杆转动时，扭力弹簧会促使桨叶顺时针转动，导致桨叶呈现前方在下方的负攻角状态；

12、限位杆一端固连在桨叶下方，并与桨叶导缘平行，限位杆另一端穿过支撑环上的弧状限位孔进入到支撑环内。

13、所述桨叶、限位杆、转动轴和扭力弹簧之间刚性连接，组成转动组件，并且共设置有四套，关于支撑环轴线轴对称。

14、一种深海无动力自主掩埋的坐底装置的操作方法，包括如下过程：

15、无动力下潜过程：

16、通过母船携带的地质浅剖仪器对海底地质进行测量，确定适宜的下潜驻底作业地点；

17、在坐底装置被从母船抛下前，将急动盘推动至下凹状态，在扭力弹簧的作用下，桨叶顺时针转动，限位杆转动到弧状限位孔的下方，此时，扭力弹簧仍具有一定的扭力，实现限位杆的锁止，此时，桨叶处于右低左高的负攻角状态；

18、当坐底装置被抛下后，在自身负浮力作用下无动力下潜；

19、随着下潜速度的增加，垂向水流力推动桨叶带着滑动组件移动到上限位凸台处；在下潜过程中，滑动组件维持在坐底装置的上方，起到了尾稳定翼的作用，便于维持竖直状态的下潜和插入海底泥沙中；

20、触底过程：

21、当装置撞击坐底后，坐底杆下方会部分插入海底泥沙中；

22、坐底杆停止后，滑动组件在自身动量作用下相对下滑，撞击在下方的限位凸台上；

23、下方限位凸台撞击急动盘促使其向上变形，形成上凸状态；

24、急动盘上凸过程推动限位杆上移，直至限位杆转动到限位孔上方后停止，此时，急动盘仍对限位杆具有挤压力，实现限位杆的锁止；

25、限位杆上移过程中，带动桨叶和转动轴顺时针转动，桨叶呈现右高左低的正攻角状态；

26、驻底抽吸泥沙过程：

27、坐底杆插入海底后，海流会推动桨叶旋转，由于桨叶呈现正攻角状态，产生上升力，带动整个滑动组件加速上移，滑动组件中滑动环对坐底杆内的活塞具有磁吸力，带动其一起上移，活塞组件上移过程中，上方压力大于下方压力，单向阀关闭，活塞组件对坐底杆内部流道内形成抽吸作用，坐底杆底部混合泥沙的水被抽吸入活塞组件下方的轴向流道内；

28、当滑动组件上移碰撞到上限位凸台后，撞击促使急动盘变形成下凹状态，没有了急动盘的限制，扭力弹簧带动桨叶顺时针转动，直至限位杆转动到限位孔的下方后停止，此时，扭力弹簧仍具有扭力，实现限位杆的锁止，并将桨叶变成负攻角状态；

29、海流促使负攻角状态的桨叶旋转并产生往下的力，带动滑动组件加速下移，滑动环通过磁力带动活塞组件下移，导致单向阀下方的压力大于上方的压力，促使阀门开启；活塞盘下方带有泥沙的水会通过阀门进入活塞盘上方的轴向流道中；

30、滑动组件持续下移直至碰撞到下限位凸台，桨叶再次切换到正攻角状态，滑动组件再次上移过程中，会带动活塞组件上移，由于此时阀门关闭，上方带有泥沙的水会通过轴向流道和水平流道从上方四个水平喷口喷出；

31、通过多次自动的往复循环，滑动组件反复敲击晃动坐底杆，同时通过间歇抽吸坐底杆底部的海水携带泥沙喷出，促使坐底杆逐渐插入海底；最终，促使坐底杆的高度减小，实现自动掩埋。

32、本发明的有益效果如下：

33、本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过坐底杆、活塞组件、限位凸台组件、滑动组件和转动组件的互相配合工作，可以方便的完成自主掩埋的全过程，以螺旋桨吸收海流力作为动力输入，通过桨叶的自适应性变形，维持螺旋桨反复升降，结合活塞、单向阀和支杆内流道的设计，实现对支杆底部海底淤泥的间歇抽吸作业，促使节点支杆的逐步插入海底，直至完全掩埋。

34、本发明无需配备能源和电驱机构，结构简单、造价低廉、适用于全海深，满足了大批量布放组网的需求，为深海特种作业提供了新的装置及方法。