一种水下锚链自动清洗装置及其清洗方法与流程

本发明涉及海洋工程装备技术领域，尤其是一种水下锚链自动清洗装置及其清洗方法。

背景技术：

系泊系统是保证海洋平台在海上进行正常的生产作业的重要设备，主要有锚泊系统和动力定位系统两种结构形式。锚泊系统具有投资少、使用、维修方便等特点，因而是日前主要采用的定位系统。锚链是锚泊系统重要的组成部分，它将锚与海洋平台连接起来，向海洋平台传递锚的抓驻力。然而，由于锚链由于常年浸泡在海水中，其表面不可避免的会形成一层厚厚的垢层，这些垢层由藤壶、牡蛎、苔藓虫、花筒螅、石灰虫、海藻等附着海生物构成，紧密而且坚硬。一般情况下，海生物的附着会导致锚链的腐蚀程度加大，降低其质量、强度，使其使用寿命大大缩短，增加了成本，从而影响正常使用，甚至造成一定的危险。

现有技术中，海洋平台系泊锚链主要通过潜水员携带高压水枪进行清洗。一方面，这种人工清洗作业方式效率低、成本高，且较为危险；另一方面，对于作业水深较大的海洋平台，由于人体潜水深度的限制，潜水员无法下潜至海底进行清洗作业，从而面临此类系泊锚链无法实施在役清洗的难题。

技术实现要素：

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种水下锚链自动清洗装置及其清洗方法，从而方便的完成水下锚链的自动清洗作业，使用方便，工作效率高。

本发明所采用的技术方案如下：

一种水下锚链自动清洗装置，包括与锚链配合安装的机械本体，所述机械本体通过脐带缆连接空化射流装置，还包括与机械本体和空化射流装置电信号连接的控制系统。

其进一步技术方案在于：

所述机械本体的结构为：包括机架，所述机架的前端间隔安装有爬行导轨，两个爬行导轨上同时安装一伸缩支架，所述伸缩支架成“┗┛”结构，所述机架的前端上部位置固定安装有液压系统，所述液压系统的一旁安装有爬行油缸，所述爬行油缸的活塞杆头部与伸缩支架固定，所述伸缩支架的外端面水平安装有卡爪油缸，所述卡爪油缸的两端铰接有对称的卡爪，卡爪油缸的伸缩动作控制卡爪的打开与闭合；

所述机架的四个角处分别安装有支腿，前后两个支腿之间安装有侧支架，两个侧支架的内侧面均安装有侧导轨，所述机架的底部间隔安装有上导轨，两个上导轨和两个侧导轨围成方形空间，与锚链接触。

所述夹紧油缸的输出端固定安装有连接座，所述连接座的两端对称安装有连杆，所述侧支架上垂直安装有固定件，所述连杆的头部与固定件顶部铰接；

所述机架的上表面后端位置安装有压载水箱，所述支腿的内侧面安装有多个喷嘴；

所述机架的后端面固定安装有防转支架；

所述侧支架的外部还固定安装有浮力材。

所述支腿采用槽钢制造，并在底部设置有折弯结构。

所述连杆成直角形结构。

所述喷嘴通过高压水管与压载水箱连通。

所述防转支架通过空心钢材焊接成“u”型结构。

所述机架底部还安装有水下摄像机。

机械本体上还配备有应急抛载装置。

所述空化射流装置和控制系统安装于海洋平台上。

一种水下锚链自动清洗装置的清洗方法，包括如下步骤：

第一步：装备好机械本体备用，将空化射流装置和控制系统固定安装在海洋平台上；

第二步：将高压水管及脐带缆分别与空化射流装置和机械本体连接完毕；

第三步：通电通水检查整个系统工作是否正常，若不正常进行排查检修，若正常进行下一步工作；

第四步：将机械本体吊装至锚链附近；

第五步：启动夹紧油缸工作，在连杆的作用下带动侧支架张开，使得机械本体包裹在锚链上，检查各导轨与锚链的外侧面是否接触到位；到位后，夹紧油缸反向工作，带动侧支架闭合；

第六步：进入自动工作模式，启动供应高压水至喷嘴处；

第七步：启动液压系统，驱动卡爪油缸收缩，同时带动卡爪张开；此时，爬行油缸启动前伸，在伸缩支架和爬行导轨的限位作用下，将卡爪移送至两节锚链的链节之间，然后卡爪油缸伸出，转动卡爪并卡紧锚链；在爬行油缸收缩的作用下，机械本体完成前进动作，一边前进，一边喷嘴喷水进行清洗；

第八步：采用与第七步相同的操作，各油缸反向工作，使机械本体后退工作；

第九步：清洗完成；

第十步：主机关机，停止供水；

第十一步：夹紧油缸工作，在连杆的作用下带动侧支架张开；

第十二步：机械本体回收；

第十三步：作业结束。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过巧妙的设计机械本体的结构，可以方便的在水下实现对锚链进行自动清洗的工作，其工作可靠性好，工作效率高，代替潜水员人工操作，大大提高了水下工作的安全性能。

本发明集成了机械本体、空化装置和脐带缆等部件，并通过控制中枢使其相互协作，实现了海洋平台水下锚链的自动清洗作业，提高了海洋平台的自动化水平，降低了劳动危险性。

本发明基于蠕动原理提出了爬行模块、导向模块设计方案，结构简便、维护方便，确保了机械本体沿锚链的爬行的可靠性。

本发明设有整体上浮功能，在与夹紧油缸、卡爪油缸等部件的配合下，能够在应急状态下与锚链脱离，降低了作业风险。

本发明主要用于海洋平台系泊锚链的清洗作业，经过特殊改造后，也可应用于其他设备的清洗、检测作业。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明机械本体的结构示意图。

图3为本发明机械本体的主视图。

图4为本发明机械本体的爆炸图。

图5为本发明夹紧油缸与连杆的安装示意图。

图6为本发明在工作状态时的示意图。

其中：1、机械本体；2、脐带缆；3、空化射流装置；4、控制系统；5、夹紧油缸；6、连杆；7、连接座；8、侧支架；801、固定件；9、侧导轨；10、爬行导轨；11、伸缩支架；12、喷嘴；13、卡爪；14、卡爪油缸；15、爬行油缸；16、液压系统；17、机架；18、浮力材；19、防转支架；20、上导轨；21、水下摄像机；22、压载水箱；23、支腿；24、海洋平台；25、锚链。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1-图6所示，本实施例的水下锚链自动清洗装置，包括与锚链25配合安装的机械本体1，机械本体1通过脐带缆2连接空化射流装置3，还包括与机械本体1和空化射流装置3电信号连接的控制系统4。

机械本体1的结构为：包括机架17，机架17的前端间隔安装有爬行导轨10，两个爬行导轨10上同时安装一伸缩支架11，伸缩支架11成“┗┛”结构，机架17的前端上部位置固定安装有液压系统16，液压系统16的一旁安装有爬行油缸15，爬行油缸15的活塞杆头部与伸缩支架11固定，伸缩支架11的外端面水平安装有卡爪油缸14，卡爪油缸14的两端铰接有对称的卡爪13，卡爪油缸14的伸缩动作控制卡爪13的打开与闭合；

机架17的四个角处分别安装有支腿23，前后两个支腿23之间安装有侧支架8，两个侧支架8的内侧面均安装有侧导轨9，机架17的底部间隔安装有上导轨20，两个上导轨20和两个侧导轨9围成方形空间，与锚链25接触。

夹紧油缸5的输出端固定安装有连接座7，连接座7的两端对称安装有连杆6，侧支架8上垂直安装有固定件801，连杆6的头部与固定件801顶部铰接；

机架17的上表面后端位置安装有压载水箱22，支腿23的内侧面安装有多个喷嘴12；

机架17的后端面固定安装有防转支架19；

侧支架8的外部还固定安装有浮力材18。

支腿23采用槽钢制造，并在底部设置有折弯结构。

连杆6成直角形结构。

喷嘴12通过高压水管与压载水箱22连通。

防转支架19通过空心钢材焊接成“u”型结构。

机架17底部还安装有水下摄像机21。

机械本体1上还配备有应急抛载装置。

空化射流装置3和控制系统4安装于海洋平台24上。

本实施例的水下锚链自动清洗装置的清洗方法，包括如下步骤：

第一步：装备好机械本体1备用，将空化射流装置3和控制系统4固定安装在海洋平台24上；

第二步：将高压水管及脐带缆2分别与空化射流装置3和机械本体1连接完毕；

第三步：通电通水检查整个系统工作是否正常，若不正常进行排查检修，若正常进行下一步工作；

第四步：将机械本体1吊装至锚链25附近；

第五步：启动夹紧油缸5工作，在连杆6的作用下带动侧支架8张开，使得机械本体1包裹在锚链25上，检查各导轨与锚链25的外侧面是否接触到位；到位后，夹紧油缸5反向工作，带动侧支架8闭合；

第六步：进入自动工作模式，启动供应高压水至喷嘴12处；

第七步：启动液压系统16，驱动卡爪油缸14收缩，同时带动卡爪13张开；此时，爬行油缸15启动前伸，在伸缩支架11和爬行导轨10的限位作用下，将卡爪13移送至两节锚链25的链节之间，然后卡爪油缸14伸出，转动卡爪13并卡紧锚链25；在爬行油缸15收缩的作用下，机械本体1完成前进动作，一边前进，一边喷嘴12喷水进行清洗；

第八步：采用与第七步相同的操作，各油缸反向工作，使机械本体1后退工作；

第九步：清洗完成；

第十步：主机关机，停止供水；

第十一步：夹紧油缸5工作，在连杆6的作用下带动侧支架8张开；

第十二步：机械本体1回收；

第十三步：作业结束。

本发明的具体结构和功能如下：

机械本体1作为空化射流清洗喷嘴的搭载平台，是整个装置的中枢环节，不仅具备沿锚链25运动的功能，还需要配备监控、脱险装置，使其能够可靠地布放、作业和回收，有效完成整条锚链25的清洗工作。

机械本体1主要包括爬行模块、导向模块、上浮模块、液压系统16组成。

夹紧油缸5、连杆6、连接座7、侧支架8、侧导轨9、上导轨20、机架17、液压系统16和防转支架19构成了导向模块，在工作状态下，左右两侧的侧支架8上的固定件801通过夹紧油缸5锁紧在固定位置，与机架17形成围绕锚链25横截面边界的方形空间，该空间上、左、右三处均安装导轨，与锚链25表面滑动接触。

防转支架19安装于机架17尾端，为u形结构形式，机械本体1移动时，防转支架19始终卡在锚链25的链节上，保证机械本体1的姿态。

爬行模块主要用于机械本体1的前进或后退，基于蠕动原理进行设计，具有间歇性移动的特点，主要包括爬行导轨10、伸缩支架11、喷嘴12、卡爪13、卡爪油缸14、爬行油缸15、液压系统16。其中，爬行油缸15是机械本体1前进或后退的动力源，也是执行机构，卡爪13发挥着施力点的作用。

基本作业过程如下：在机械本体1吊装至锚链25且准备工作就绪后，首先启动液压系统16，驱动卡爪油缸14收缩，同时带动13卡爪张开；此时，15爬行油缸启动前伸，在伸缩支架11和爬行导轨10的限位作用下，将卡爪13移送至两节锚链25的链节之间；然后，卡爪油缸14伸出，转动卡爪13并卡紧锚链25；最后，在爬行油缸15收缩的作用下，机械本体1完成前进动作；后退动作与此相反，不再详述。

上浮模块主要由浮力材18、压载水箱22及相应连接附组成。浮力材18共两组，安装于侧支架8上，所提供浮力能确保机械本体1在不计压载水箱22的情况下总体上处于正浮力状态。压载水箱22安装于机架17的一端，属于可抛载设备，紧急情况下能够与本体解脱分离。压载水箱22通过贮水量来调节机械本体1总体的浮力状态，实现正、负浮力切换：在水面安装工况下，压载水箱22排空，机械本体1保持正浮力状态；在工作模式下，压载水箱22满载，实现负浮力状态，便于爬行作业；在故障模式下，压载水箱22与机械本体1脱离，使机械本体1处于正浮力，为上浮提供驱动力。

液压系统16有水下泵站、液压管路、阀箱等组成，安装于机械本体1中的机架17上，为夹紧油缸5、卡爪油缸14、爬行油缸15提供液压源，其控制信号通过脐带缆2进行传输。

本发明的具体操作过程如下：

如图6所示，本装置在工作现场进行布局，首先将空化射流装置3、控制系统4固定安装于海洋平台24上，并将高压水管及电缆分别与空化射流装置3和机械本体1连接完毕，通电通水检查系统工作是否正常；若一切工作正常，将机械本体1吊装至锚链25附近，启动液压系统16和导向模块，张开侧支架8，使得机械本体1包裹在锚链25上，检查导向模块与锚链25外侧接触状态，以上导轨20与锚链25上表面相互接触为安装合格。机械本体1安装到位后，闭合左右两个侧支架8。此时，手动操作结束，进入自动工作模式，在自动工作模式下，机器人自动完成爬行和清洗作业，基本流程如下：接到开始自动工作指令后，主机启动并供应高压水至喷嘴12处；同时，液压系统16开始驱动爬行模块动作，使得机械本体1携带喷嘴12、高压水管、电缆等沿锚链25前行。为了确保一次性完成清洗作业，机械本体1沿锚链25移动速度与清洗速度相匹配。为保证系统的安全性，机械本体1上配置应急抛载装置，当其在作业过程中出现故障，无法完成正常操作或者无法回收时，将启动强制上浮动作，此时电缆和高压水管会被切断，压载水箱22被抛弃，两侧支架8张开，在正浮力的作用下，完成机械本体1与锚链25的脱离，并上浮至海面。工作安全可靠。

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。